TS.5 Прогнозирование будущих изменений климата
Со времени ТДО сделано много важных шагов вперед в составлении проекций в отрасли науки об изменении климата. Инициированы беспрецедентные усилия для того, чтобы предоставить новые результаты моделирования для немедленной проверки исследователями вне центров моделирования. Четырнадцать групп моделирования по МОЦАО из 10 стран провели ряд согласованных, стандартных экспериментов с использованием 23 моделей. Полученная в итоге многомодельная база данных результатов, проанализированных сотнями исследователей по всему миру, образует основу для большей части данной оценки результатов моделей. Многие достижения вытекают из использования многочленных ансамблей одиночных моделей (например, для проверки чувствительности реакции на начальные условия) и многомодельных ансамблей. Эти два разных типа ансамблей позволяют проводить более надежные исследования диапазона результатов моделей и более широкую оценку моделей в сравнении с наблюдениями, а также дают новую информацию о смоделированной статистической изменчивости. {8.1, 8.3, 9.4, 9.5, 10.1}
Вставка TS.8. Иерархия моделей глобального климата
Оценки изменения глобальной средней температуры и повышения уровня моря вследствие теплового расширения можно сделать с помощью простых моделей климата (ПМК), которые представляют систему «океан-атмосфера» как набор глобальных или полушарных блоков и предсказывают глобальную приземную температуру с помощью уравнения энергетического баланса, заданной величины чувствительности климата и базового представления поглощения тепла океаном. Такие модели также могут быть связаны с упрощенными моделями биогеохимических циклов и позволяют быстро оценить реакцию климата на широкий спектр сценариев выбросов. {8.8, 10.5}
Модели системы Земли промежуточной сложности (МСЗПС) учитывают некоторую динамику атмосферной и океанической циркуляций либо их параметризации, а также часто включают представления биогеохимических циклов, но у них обычно пониженное пространственное разрешение. С помощью этих моделей можно исследовать изменение климата в континентальном масштабе и долговременные, крупномасштабные эффекты связи между компонентами системы Земли, используя большие ансамбли прогонов моделей или прогонов за многие столетия. И для ПМК, и для МСЗПС возможно с вычислительной точки зрения тщательно выбрать пространство параметров, учитывая неопределенности параметров, выведенные путем подгонки к более комплексным моделям климата, сопоставляя наблюдения и экспертные оценки. Таким образом, оба типа моделей хорошо подходят для формирования вероятностных проекций будущего климата и позволяют сравнить «неопределенность реакции», вытекающую из неопределенности параметров моделей климата, с «диапазоном сценариев», вытекающим из рассматриваемого диапазона сценариев выбросов. Модели системы Земли промежуточной сложности оценивались более глубоко, чем раньше, и взаимное сравнение продемонстрировало, что они полезны для изучения вопросов, охватывающих длительные временные масштабы или требующих больших ансамблей моделей. {8.8, 10.5, 10.7}
Наиболее всеобъемлющие модели – МОЦАО. Они включают динамические компоненты, описывающие атмосферные, океанические и наземные процессы, а также морской лед и другие компоненты. Со времени ТДО достигнут значительный прогресс (см. вставку TS.7), и сейчас в различных центрах для моделирования климата используется более 20 моделей. Хотя крупномасштабная динамика этих моделей всеобъемлющая, параметризация продолжает использоваться для представления неразрешенных физических процессов, таких как формирование облаков и осадков, перемешивание океана вследствие волновых процессов, формирование водных масс и т.д. Неопределенность параметризации – главная причина того, почему проекции климата в разных МОЦАО различаются. Хотя разрешающая способность МОЦАО быстро повышается, она часто недостаточна для охвата тонкой структуры климатических переменных во многих регионах. В таких случаях результаты МОЦАО можно использовать в моделях по ограниченному району (или в моделях регионального климата), в которых полнота представления процессов, сравнимая с МОЦАО, сочетается с более высоким пространственным разрешением. {8.2}
Со времени ТДО появился ряд методов разработки вероятностных проекций изменения климата, как для глобальных средних, так и для географических описаний, и эти методы являются центром внимания в данном докладе. Среди них – методы, основанные на результатах ансамблей МОЦАО, без формального применения эмпирических ограничений, а также методы, основанные на алгоритмах обнаружения и на больших модельных ансамблях, которые дают проекции, согласующиеся с наблюдениями за изменением климата и их неопределенностями. Некоторые методы уже прямо учитывают основные источники неопределенностей, такие как климатические обратные связи, поглощение тепла океаном, радиационное воздействие и углеродный цикл. Краткосрочные проекции аналогичным образом ограничены наблюдениями за последними трендами. В некоторых исследованиях были изучены и другие вероятностные вопросы, например, правдоподобие будущих изменений в экстремальных явлениях, таких как волны тепла, которые могут быть вызваны влиянием человека. Со времени ТДО достигнуты успехи также благодаря расширению диапазона исследования инерции изменения климата и обратных связей между углеродным циклом и климатом. {8.6, 9.6, 10.1, 10.3, 10.5}
Эти успехи в области моделирования изменения климата образуют вероятностную базу для выделения проекций изменения климата для различных сигнальных сценариев СДСВ. Этот подход контрастирует с ТДО, где диапазоны различных сигнальных сценариев невозможно было задать вероятностно. В результате в данной оценке выявлена и количественно выражена разница в характере между неопределенностями, которые возникают при моделировании климата, и неопределенностями, которые возникают из отсутствия априорных знаний о решениях, которые повлияют на выбросы парниковых газов. Результатом объединения вероятностных прогнозов стала бы потеря политически важной информации. По этим причинам прогнозы для разных сценариев выбросов в данном докладе не объединены.
Использованные здесь модели рассматривают реакцию физической климатической системы на ряд возможных будущих условий с помощью идеализированных выбросов или предполагаемых концентраций. Это, в частности, включает эксперименты с парниковыми газами и аэрозолями, концентрация которых удерживается на постоянном уровне 2000 года, эксперименты с повышением концентрации CO2 вдвое и вчетверо, сигнальные сценарии СДСВ на период 2000-2100 годов, дающие новую информацию о физических аспектах долгосрочного изменения и стабилизации климата. Сценарии СДСВ не включают климатические инициативы. В данной оценке Рабочей группы I правдоподобие или вероятность какого-либо конкретного сценария выбросов не оценивается. {10.1, 10.3}
Новый комплект многомодельных данных, в которых используются модели системы Земли промежуточной сложности (МСЗПС), дополняет эксперименты с МОЦАО, чтобы расширить временной горизонт еще на несколько столетий. Это дает более обширный диапазон реакций моделей на данную оценку, а также новую информацию об изменении климата в длительных временных масштабах при удерживании концентрации парниковых газов и аэрозолей на постоянном уровне. Некоторые МОЦАО и МСЗПС содержат прогностические компоненты углеродного цикла, которые позволяют оценить вероятные эффекты и соответствующие неопределенности обратных связей углеродного цикла. {10.1}