Объяснение причин – это процесс оценки соответствия наблюдаемых изменений количественным реакциям на различные воздействия, полученные в хорошо проверенных моделях, и несоответствия альтернативным физически правдоподобным объяснениям. В Первом докладе МГЭИК об оценках (ПДО) было мало эмпирических данных об обнаруживаемом антропогенном влиянии на климат. Шесть лет спустя, во Втором докладе МГЭИК об оценках (ВДО), был сделан вывод о том, что баланс доказательств показывает заметное влияние человека на климат ХХ века. В ТДО присутствовал вывод о том, что «большей частью наблюдаемое за последние 50 лет потепление, вероятно, было обусловлено повышением концентрации парниковых газов». Уверенность в оценке антропогенных вкладов в недавнее изменение климата сильно укрепилась после ТДО, частично благодаря более сильным сигналам, полученным из данных более длительных рядов, и расширенному и улучшенному диапазону наблюдений, позволяющему более полно провести объяснение причин потепления вместе с другими изменениями в климатической системе. Некоторые очевидные несоответствия в результатах наблюдений (например, в вертикальном профиле изменений температуры) в значительной степени устранены. Имели место улучшения в моделировании многих аспектов нынешнего среднего климата и его изменчивости во внутривековых временных масштабах, хотя неопределенности остаются (см. вставку TS.7). Сейчас в моделях используются более детальные представления процессов, связанных с аэрозолями и другими воздействиями. В моделировании изменения климата ХХ века использовалось намного больше моделей и намного больше антропогенных и естественных воздействий – причем намного более полных – чем в ТДО. Имеющиеся многомодельные ансамбли повышают степень уверенности в результатах объяснения причин, давая улучшенное представление неопределенности моделей. Антропогенный сигнал более четко появился в официальных исследованиях причин изменения аспектов климатической системы, помимо атмосферной температуры глобального масштаба, включая изменения теплосодержания глобального океана, температурные тренды континентального масштаба, температурные экстремумы, циркуляцию, площадь арктического морского льда.{9. 1}
Вставка TS.7. Оценка моделей общей циркуляции системы «атмосфера-океан»
Модели общей циркуляции системы «атмосфера-океан» (МОЦАО) – главный инструмент для понимания и объяснения причин вариаций климата в прошлом и для проекций на будущее. Поскольку исторических возмущений радиационного воздействия, которые были бы полностью аналогичны антропогенным возмущениям, ожидаемым в XXI веке, нет, то уверенность в моделях необходимо черпать из ряда косвенных методов, описанных ниже. В каждой из этих областей со времени ТДО достигнуты существенные успехи, что повышает общую уверенность в моделях. {8.1}
Расширенная проверка и анализ поведения моделей осуществляются с помощью координируемых на международном уровне усилий по сбору и распространению результатов модельных экспериментов, проводимых в общих условиях. Это способствовало более комплексной и открытой оценке моделей, охватывающей широкое многообразие мнений. {8.1}
Проекции для различных масштабов и периодов с помощью моделей глобального климата. Модели климата выдают проекции климата на несколько десятилетий вперед и далее. Поскольку детали отдельных метеорологических систем не отслеживаются и не предсказываются, то начальные атмосферные условия гораздо менее важны, чем для моделей прогнозов погоды. Для проекций климата гораздо более важны воздействия. Эти воздействия включают количество солнечной энергии, достигающей Земли, количество твердых частиц, выброшенных в атмосферу при извержениях вулканов, концентрации антропогенных газов и частиц в атмосфере. Поскольку область интереса перемещается с глобального на региональный уровень и далее на локальный, т.е. временной масштаб, представляющий интерес, укорачивается, то амплитуда изменчивости, привязанная к погоде, повышается относительно сигнала о долговременном изменении климата. Это затрудняет выявление сигнала изменения климата в меньших масштабах. Условия в океанах тоже важны, особенно для межгодового и десятилетнего временных масштабов. {ЧЗВ 1.2, 9.4, 11.1}
Построение моделей. Построение МОЦАО развилось благодаря повышению пространственного разрешения и улучшениям в численных схемах и параметризации (например, морского льда, пограничного слоя атмосферы, перемешивания океана). Во многие модели включается больше процессов, в том числе ряд ключевых процессов, важных для воздействия (например, во многих моделях теперь интерактивно моделируются аэрозоли). В большинстве моделей сейчас поддерживается стабильный климат без применения поправок на потоки, хотя в контрольных интегрированиях МОЦАО все же остаются долгосрочные тренды, например, из-за медленных процессов в океане. {8.2, 8.3}
Моделирование текущего климата. В результате усовершенствований в построении МОЦАО были достигнуты улучшения в моделировании многих аспектов текущего среднего климата. Моделирование осадков, давления на уровне моря и приземной температуры повсеместно улучшилось, но недостатки все же остаются, особенно в отношении тропических осадков. Хотя продолжают присутствовать определенные недостатки в моделировании облаков (и соответствующих обратных связях, влияющих на чувствительность климата), некоторые модели продемонстрировали улучшения в моделировании некоторых режимов облачности (в частности, слоисто-кучевых облаков над морем). Моделирование экстремальных явлений (особенно экстремальных температур) также улучшилось, но модели имитируют, как правило, слишком заниженное количество осадков в самых экстремальных явлениях. Улучшилось моделирование внетропических циклонов. Некоторые модели, используемые для проекций изменений в тропических циклонах, могут успешно имитировать наблюдаемую частоту и распределение тропических циклонов. Достигнуты улучшения в моделировании структуры водной массы океана, меридиональной опрокидывающей циркуляции, переноса тепла в океане. Большинство моделей, однако, отличаются некоторыми погрешностями в моделировании Южного океана, что ведет к неопределенности в моделированном объеме поглощения тепла океаном при изменении климата. {8.3, 8.5, 8.6}
Моделирование режимов изменчивости климата. Модели имитируют преобладающие режимы изменчивости внетропического климата, которые напоминают наблюдаемые режимы (СКР/ЮКР, ТСА, ТДК), но у них все равно есть проблемы с представлением характеристик этих режимов. Некоторые модели могут имитировать важные аспекты ЭНСО, тогда как моделирование колебания Маддена-Джулиана остается в общем неудовлетворительным. {8.4}
Моделирование вариаций климата в прошлом. Достигнуты успехи в моделировании вариаций климата в прошлом. Независимо от причин этих изменений, способность моделей климата давать физически самосогласованное объяснение наблюдаемых вариаций климата в разных временных масштабах создает уверенность в том, что эти модели учитывают многие ключевые процессы, играющие роль в эволюции климата XXI столетия. Среди последних достижений – успех в моделировании наблюдаемых изменений более широкого набора переменных климата за 20 столетие (например, приземных температур и температурных экстремумов континентального масштаба, площади морского
льда, трендов теплосодержания океана, количества осадков на суше). Достигнут прогресс в способности моделировать многие из общих особенностей минувших, очень отличающихся от нынешних, состояний климата, таких как середина голоцена и ПЛМ, с помощью моделей, идентичных или родственных тем, которые применяются для изучения текущего климата. Информация о факторах, рассматриваемых как граничные условия в палеоклиматических расчетах, включает различные состояния ледовых щитов в эти периоды. Широкие проекции более ранних климатических режимов, повышения глобальных температур в ответ на повышение концентрации парниковых газов подкрепляются последующими наблюдениями. Это укрепляет уверенность в краткосрочных проекциях климата и понимание соответствующей инерции изменений климата. {6.4, 6.5, 8.1, 9.3–9.5}
Прогнозирование погоды и сезонное прогнозирование по моделям климата. Несколько моделей климата проверялись (и показали успешные результаты) на предмет возможного прогнозирования начальных значений во временных масштабах от прогнозирования погоды (несколько дней) до сезонных вариаций климата, при условии инициализации соответствующими наблюдениями. Хотя прогнозирующая способность моделей в данном режиме работы не обязательно предполагает, что они покажут правильную реакцию на изменения в факторах, воздействующих на климат, таких как парниковые газы, это все же повышает уверенность в том, что они надлежащим образом представляют некоторые ключевые процессы и дальние связи в климатической системе. {8.4}
Показатели точности модельных проекций. Возможность разработки показателей качества моделей («метрик») на основе вышеизложенных методов оценки, с помощью которой можно сузить неопределенность путем наложения качественных ограничений на модельные проекции климата, впервые была исследована с помощью ансамблей моделей. Хотя эти методы вселяют оптимизм, проверенный набор показателей еще предстоит разработать. {8.1, 9.6, 10.5}