Если бы у человечества была в распоряжении вторая Земля, то можно было бы экспериментировать с её атмосферой, дабы посмотреть, как увеличение уровня парниковых газов скажется на планете. Так как проведение подобных экспериментов не представляется возможным, учёным приходится довольствоваться моделями мирового климата Земли.
В виртуальных моделях Земли атмосферу, воду, сушу и лёд заменяют взаимосвязанные математические уравнения. Суперкомпьютеры производят расчеты с чрезвычайно высокой скоростью — на моделирование всех процессов, происходящих в течение года необходимо порядка 100 млрд математических действий. В настоящее время известно о существовании примерно 30 климатических моделей, которые используют в самых различных целях правительства и организации по всему миру.
Моделирования последствий повышения уровня парниковых газов в атмосфере Земли показали, что, по меньшей мере, в ближайшие 50 лет наша Земля будет весьма интенсивными темпами нагреваться.
Для удобства проведения расчетов, учёные используют в качестве ориентира глобальных изменений «двойной CO2». Имеется в виду удвоение содержание углекислого газа в атмосфере в сравнении с концентрацией CO2перед Промышленной революцией, после которой в атмосферу начало поступать огромное количество парниковых газов. Нормальный, «доиндустриальный» уровень CO2 в атмосфере Земли составляет порядка 280 частей на миллион, то есть 280 молекул углекислого газа на каждый миллион молекул воздуха. Сегодня этот показатель равен порядка 400 частей на миллион.
Самые высокие и самые низкие прогнозы средней глобальной температуры, которых Земля достигнет при «двойном CO2», отличаются в среднем на 5,4 F (3 С). Это больше, чем разница между глобальной температурой в течение последнего Ледникового периода и первым десятилетием ХХI века.
Разработчики моделей на протяжении последних нескольких десятилетий считали «камнем преткновения» именно облака, так как почти каждый процесс в атмосфере в той или иной степени затрагивает облака. Учёным не было ясно, какие именно процессы являются «движущей силой» облачных изменений, связанных с потеплением климата.
Недавнее исследование NASA позволяет предположить, что процессы, наиболее тесно связанные с изменениями облаков, обусловлены главным образом перемещением воздушных масс — общей циркуляцией атмосферы. В рамках исследования также было установлено, что модели с наиболее реалистичным представлением общей циркуляции, прогнозируют, что Земля достигнет точки «двойного CO2» намного раньше, нежели прогнозировалось ранее.
Hui Su из Лаборатории реактивного движения вместе со своими коллегами недавно оценили 15 ведущих глобальных климатических моделей Земли, сфокусировав внимание на связи между атмосферными процессам, моделях облаков и вероятной точности прогнозов. По словам Su, исследователи на протяжении долгого времени искали «виновников» модельных различий. Исследование показало, что модели, учитывающие атмосферную циркуляцию, отражают то, как изменяются облака и как это сказывается на потеплении климата.
Статья, посвящённая результатам исследования, была опубликована 21 мая 2014 года в журнале «Journal of Geophysical Research».
Учёные ожидали увидеть сложную, запутанную картину атмосферных изменений, обусловленных нагреванием климата — господствующие ветра будут ослабевать в одних регионах и укрепляться в других, плавно помещаясь ближе к экватору, в то время как нисходящие ветра передвинутся ближе к полюсам.
Общая циркуляция атмосферы не может исследоваться непосредственно из космоса, поэтому учёные использовали спутниковые наблюдения за облаками и относительной влажностью в качестве альтернативы общей циркуляции. Они сопоставили результаты моделирований облаков и относительной влажности за последние 10 лет с наблюдениями 4-х спутниковых приборов: «CloudSat», Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations (CALIPSO, прибора Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) спутника «Aqua», и «Microwave Limb Sounder instrument» спутника «Aura».
Пять из 15 климатических моделей воспроизвели облака и относительную влажность, наблюдаемую спутниками. Эти же пять моделей показали более весомые изменения в атмосферной циркуляции, нежели другие модели. Изменения циркуляции уменьшат «охлаждающий эффект» облаков в будущем, утверждают исследователи.
Эти же модели предсказывают более тёплый климат на ближайшие 10 лет, нежели другие 10 моделей. Согласно результатам моделирования, глобальная поверхностная температура повысится на 6,5-8,5 F (3,6-4,7 С), когда уровень атмосферного углекислого газа возрастет в два раза в сравнении с доиндустриальными показателями.
