Climate Science Glossary

Term Lookup

Enter a term in the search box to find its definition.

Settings

Use the controls in the far right panel to increase or decrease the number of terms automatically displayed (or to completely turn that feature off).

Term Lookup

Settings


All IPCC definitions taken from Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Working Group I Contribution to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Annex I, Glossary, pp. 941-954. Cambridge University Press.

Home Arguments Software Resources Comments The Consensus Project Translations About Donate

Twitter Facebook YouTube Pinterest

RSS Posts RSS Comments Email Subscribe


Climate's changed before
It's the sun
It's not bad
There is no consensus
It's cooling
Models are unreliable
Temp record is unreliable
Animals and plants can adapt
It hasn't warmed since 1998
Antarctica is gaining ice
View All Arguments...



Username
Password
Keep me logged in
New? Register here
Forgot your password?

Latest Posts

Archives

Climate Hustle

Горячего пятна в тропосфере не существует

Что говорит наука...

Продвинутый уровень

Данные спутников соответствуют результатам моделей, за исключением тропиков. Есть неопределенность с данными по тропикам, связанная с тем, как именно разные группы корректируют дрейф спутников. Согласно U.S. Climate Change Science Program, несоответствие скорее всего вызвано ошибками в данных.

Аргумент скептиков...

"Горячего пятна" в тропосфере не существует
IPCC подтверждает, что компьютерные модели предсказывают существование тропического "горячего пятна" в средней тропосфере, на высоте около 10 км. Но в данных радиозондов Hadley центра этот признак антропогенного глобального потепления полностью отсутствует." (источник: Christopher Monckton)

Часть 1: "Горячее пятно" как предполагаемое свидетельство антропогенного глобального потепления

Большая часть недоразумений, окружающих тему температурных трендов верхней тропосферы, связана с ошибочным мнением, что наличие или недостаток усиления поверхностного потепления в верхней тропосфере имеет какое-то отношение к утверждению антропогенного характера потепления.

Это не так.

Антропогенное происхождение нынешних изменений климата может быть проверено многими различными путями. Для тех, кто имеет некоторое знакомство с земной атмосферой, одним из самых ясных примеров является охлаждение стратосферы. Если бы Солнце внезапно увеличило светимость на 2%, мы вправе были бы ожидать в качестве реакции потепления атмосферы наряду с нагревом поверхности. Это можно проверить, взглянув на реакцию GSM-подобной модели GISS ModelE:


2% увеличение солнечного воздействия (согласно RealClimate)

При удвоении доиндустриального уровня СО2 мы также можем ожидать нагрева поверхности и нижней атмосферы. Однако, в отличие от увеличения солнечного воздействия, в данном случае нижняя атмосфера не будет нагреваться на всех уровнях. Увеличенный парниковый эффект должен будет нагреть поверхность и тропосферу, но охлаждать нижнюю стратосферу.


Удвоение уровня СО2 (согласно RealClimate)

В сценарии с удвоением СО2 имеется ясно выраженное охлаждение на больших высотах, т. е. в стратосфере. Это признак, который полностью отсутствует в сценарии Солнце +2%


Это охлаждение стратосферы является признаком потепления от возросшего парникового эффекта (а не от роста светимости Солнца). Для более подробного обсуждения этого вопроса можно обратиться к дискуссиям на Skeptical Science и The Science of Doom. Другими словами, различие в результатах расчетов состоит не в наличии "горячих пятен" в одном из них и отсутствии в другом, а в охлаждении стратосферы, очевидном в случае роста СО2.

В Четвертом оценочном докладе IPCC (AR4) исторические воздействия смоделированы в  Parallel Climate Model, и средние зональные реакции температуры представлены на отдельных графиках. За рассматриваемый период наблюдался определенный рост светимости Солнца, который проявился в умеренном потеплении всей атмосферы, с некоторым его усилением в верхней тропосфере (соответственно зеленовато-желтый и желтый цвета на графике а). Как нам хорошо известно, в то же время произошло существенное увеличение воздействия парниковых газов, что выразилось в потеплении на поверхности, усиленном потеплении верхней тропосферы и охлаждении стратосферы (график с). Результат суммы всех воздействий представлен на графике f.


Рис 9.1 Средние зональные изменения температуры с 1890 по 1999 (градусы С за столетие) согласно модели PCM. (а) воздействие Солнца, (b) вулканы, (c) смесь парниковых газов, (d) изменение уровня озона в тропосфере и стратосфере, (е) прямое воздействие сульфатных аэрозолей, (f) сумма всех воздействий. График построен в диапазоне 1000-10 гектопаскалей  (левая шкала), 0-30 км (правая шкала) (IPCC AR4 WG1)

Пока все выглядело хорошо, не так ли? Но дальше дела идут вкривь и вкось.

Климатические "скептики", очевидно, убедили себя, что именно "горячее пятно на графике 9.1 с является главным признаком антропогенного потепления, о котором говорит IPCC, а вовсе не охлаждение стратосферы при нагреве тропосферы.

Как нередко бывает, Монктон служит хорошим примером неверного понимания, заявляя:

модели предсказывают, что если и только если человек является причиной потепления, воздух в тропиках на высоте около 6 миль должен нагреваться втрое быстрее, чем на поверхности, но это тропосферное "горячее пятно" не обнаружено...



Это недвусмысленно неверное утверждение также сделано в "скептическом" докладе NIPCC (Section 3.4), который был подписан такими якобы "серьезными" несогласными, как  Craig Idso и S. Fred Singer.

Ошибочное убеждение, распространенное в "скептических" кругах, гласит, что существование антропогенного потепления каким-то образом зависит от существования тропосферного "горячего пятна" - это неверно. Точка. Увеличение потепления с высотой в тропиках также является и предсказанным результатом воздействия естественных факторов, например, светимости солнца. Охлаждение стратосферы является действительным признаком потепления от возросшего парникового эффекта, а не естественного (т.е. от роста светимости Солнца) потепления.

Часть 2: Существование повышенного потепления в тропической верхней тропосфере.

Что же, существует ли в действительности "горячее пятно"? То есть нагревается ли тропосфера так, как предсказано? К сожалению, ответ на этот вопрос гораздо менее определенный, чем хотелось бы.

Есть хороший теоретический базис для повышенного потепления в верхней тропосфере по сравнению с поверхностью. Мы ожидаем, что увеличение воздействия будет приводить к влажному адиабатическому увеличению потепления с высотой, т.е. что тропосфера будет нагреваться быстрее на большей высоте. Это ожидание находит свое отражение в моделях, их вертикальный профиль потепления схож с ожидаемым при влажно-адиабатическом градиенте.

К сожалению, определить, что в действительности происходит в тропической тропосфере оказалось непростым делом. Главной причиной является качество данных главного источника наших сведений за длительный период - сети радиозондов.

Хотя во временном масштабе года или менее некоторые наборы данных с радиозондов показывают относительно неплохое соответствие с теоретическими предсказаниями, в масштабах десятилетий они дают недостаточное потепление или даже похолодание в верхней тропосфере. Однако тропики, особенно на больших высотах, представляют давно известную проблему для большинства, если не для всех, старых сетей радиозондов. И попытки получить набор данных за длительное время путем объединения сведений из нескольких сетей (с добавлением недавних спутниковых данных) также оказались проблематичными. Было предпринято много попыток количественно оценить отклонения и компенсировать их (напр. Randel 2006, Sherwood 2008). Несмотря на то, что достигнут некоторый успех в "примирении" данных наблюдений с теоретическими и модельными предсказаниями с перекрытием их интервалов неопределенности, реальное поведение тропосферы остается до сих пор неясным (Bengtsson 2009, Thorne 2010).


Allen и Sherwood попытались полностью обойти проблему данных радиозондов и исследовали "динамическое соотношение, известное как уравнение ветер - температура, которое связывает горизонтальный температурный градиент и сдвиг ветра". Данные о скорости ветра, в отличие от температурных данных, меньше страдают от систематических погрешностей и других ошибок и могут быть использованы как косвенный индикатор температуры. Allen and Sherwood обнаружили, что тропосфера, похоже. нагревается в приемлемом соответствии с теоретическими и модельными предсказаниями.

 


Вертикальный профиль средних температурных трендов в тропиках. Тренды отражают среднее изменение температуры (К за десятилетие) между 20 северной и 20 южной широты за период 1979-2005 г., по данным замеров с радиозондов (синие и зеленые линии), моделей климата (оранжевый пунктир с серой зоной, означающей отклонение 2-сигма) и новых реконструкций по замерам ветра с радиозондов (розовая линия с границами ошибки 2-сигма). Также показано изменение наземной температуры в 1979-2005 г. (серая звездочка) и профиль влажно-адиабатического градиента (желтый пунктир). Диапазон модели выведен из поведения модельного вертикального тренда ( который жестко ограничен) с его зоной неопределенности, и поверхностного тренда. До 2007 года существовали только оценки HadAT и RATPAC, что давало повод для утверждений о фундаментальном расхождении между моделями и наблюдениями. (Thorne 2008)

Недавно Johnson и Xie применили другой (и тоже не прямой) подход. Они исследовали тренды температуры поверхности моря в тропиках (SST) и осадков, которые непосредственно указывают на поведение вертикального температурного профиля тропической тропосферы.

Поскольку порог величины SST для конвекции связан с конвективной нестабильностью, этот порог должен быть жестко связан с температурой тропической верхней тропосферы.  Наблюдения показывают, что тропосферные температуры в тропиках приблизительно соответствуют влажно-адиабатическому  профилю, что подразумевает изменение температур верхней тропосферы в ответ на изменение поверхностных температур в тропиках. Гипотеза изменения по влажно-адиабатическому градиенту (MALR) предсказывает тесное совместное изменение порога SST и средней тропической SST. Если эта гипотеза верна, изменения и долгосрочный тренд порога SST могут дать важную информацию об изменениях и трендах тропической тропосферы.


Потепление климата над тропическим океаном (не в масштабе): а) климат до потепления, конвекция и тропические ливни ограничены зонами, где SST превосходит пороговое значение (пунктирная линия), а температура падает с высотой. b) Johnson и Xie показывают, что порог SST и среднее значение SST увеличились за последние десятилетия, и что зоны конвекции остались на прежнем уровне. Как результат потепления поверхности произошло большее потепление в верхних слоях аттропосферы. (Sobel 2010)

Конвекция в тропиках и, следовательно, осадки сильно зависят от температуры поверхности моря (SST). Таким образом, отсутствие роста количества осадков показывает стабильность тропосферы, что указывает на очевидно большее потепление верхней тропосферы по сравнению с поверхностью.

Сходство между трендами SST и конвекционного порога SST примерно соответствует градиенту MALR в наблюдениях и не соответствует пониженному потеплению верхней тропосферы по сравнению с поверхностью, которое можно видеть в некоторых данных наблюдений. Хотя статистическая неопределенность 30 - летних трендов довольно велика, ясное соотношение между пороговым SST и средним тропическим SST на любых масштабах времени, как в наблюдениях, так и в моделях, увеличивает уверенность в том, что тропическая атмосфера скорее всего нагревается в примерном соответствии с теоретическими ожиданиями MALR.


Временные серии тропического среднего SST и конвекционного порога SST. 30 - летние серии среднегодовых тропических SST (20° S - 20° N) (черные ромбы) и две оценки конвекционного порога SST (синие квадраты и красные звездочки). Также показаны линейные тренды. Линейные тренды с интервалами 95% вероятности для средней тропической SST, для оценки порога PD2mmd^-1 SST и для оценки порога linear P fit SST составляют соответственно 0:088±0:057;0:083±0:076 и 0:080±0:113 °C за десятилетие соответственно . Эффективная степень свободы в вычислении доверительного интервала 95% определяет запаздывание -1 автокорреляции в резидуальных временных сериях  (Johnson 2010)

Является ли вышесказанное "последним словом" усиленного тропосферного  потепления. Разумеется, нет. В идеале можно себе представить, что систематические погрешности и лакуны в данных спутников и радиозондов могут быть отсортированы, более поздние данные от новых сетей дадут более надежные результаты, и мы получим еще более ясныю картину происходящего в тропической тропосфере. А пока, впрочем, имеющиеся данные  показывают, что дела идут более или менее предсказуемым образом.

Более того, эти работы иллюстрируют некоторые ключевые аспекты науки как таковой (и  в частности климатологии), которые стоит подчеркнуть. Наука по своей природе связана с последовательным приближением к истине, она не безапелляционна и не основана на сверхъестественных откровениях. Не бывает единственных и непогрешимых вердиктов. Наука это процесс, в ходе которого мы добиваемся возможно более тесного приближения к реальности. Первые результаты не обязательно наилучшие, и уж точно не выбиты на каменной скрижали. Наши системы мониторинга, особенно с временным охватом  порядка нескольких десятилетий, изначально не были спроектированы для получения ответов на те вопросы, которые мы сейчас пытаемся разрешить с их помощью. Если перефразировать одного бывшего министра обороны, вы исследуете мир с теми инструментами, которые имеются,а не с теми, которые вы могли бы пожелать или которые желательно иметь в будущем. Было бы нам проще, если бы мы имели задействованную глобальную систему климатического мониторинга в 60-х и 70-х годах, специально спроектированную для ответов на те вопросы, которые возникают сейчас? Разумеется! Но мы должны работать с тем, что имеем, т.е. с несовершенными данными, и нам приходится изобретать способы обойти их несовершенства. Стоит упомянуть, что косвенные индикаторы используются не только для изучения прошлого. Из комментариев здесь и в других блогах я вижу, что многие считают косвенные индикаторы применимыми  только к вопросам далекого прошлого. Предполагают, что в нашем цифровом, высокоскоростном и космическом веке все определяют только прямые наблюдения. Данный случай ясно показывает, что это неверно. Непрямые методы иногда являются единственным средством (или единственной альтернативой в случае ненадежных данных).  И это не всегда плохо! Иногда взгляд на проблему под неожиданным углом позволяет полностью избежать потенциальных осложнений. Есть пагубная ложь, которую можно слышать в кругах климатических скептиков, типичным ее примером являются замечания, подобные следующим словам Дика Линдзена:

В климатологии стандартом является неизбежная "коррекция" данных, противоречащих алармизму, для приведения их в лучшее соответствие с алармистскими моделями. Никто не говорит, что эти данные совершенны, часто возможна и их коррекция. Невероятным является лишь то, что "коррекции" всегда приводит данные в лучшее соответствие с моделями.



Намек Линдзена понятен - данные наблюдений, которые не поддерживают "модели", мошеннически изменяются до приведения в соответствие с "моделями", т.е. изменение климата как минимум частично является артефактом манипуляций с данными. Говоря одним словом, это абсурд. Во первых, в силу смехотворного характера этой претензии и ее огульности, для опровержения достаточно единственного противоположного примера. Возьмем, скажем, пресловутую проблему моделей климата, дающих двойные значения ITCZ (напр. Zhang 2006). Там модели давали результат, противоречащий теоретическим представлениям и данным наблюдений. Никто не пытался утверждать, что модели были правы, а теория и наблюдения неверны.

Это иллюстрирует, впрочем, наличие крупицы правды, похороненной под конспирологической ложью Линдзена. Модели климата и теоретическая климатическая динамика/метеорология ограничены физикой, и, как правило, модели склонны соглашаться с основанным на физике теоретическим базисом метеорологии/климатической динамики. В случаях очевидных несоответствий "моделей" и наблюдений, это часто (но не всегда) означает несоответствия между общетеоретическими метеорологическими прогнозами и данными наблюдений. И часто вопрос стоит не о примирении наблюдений с моделями, а скорее о примирении данных наблюдений (часто имеющих хорошо известные систематические ошибки) с нашим пониманием физики климатической системы.

Те, кто спешит указывать на предполагаемые противоречия между моделями и наборами данных, нередко не сознают, что часто они указывают на противоречия между наблюдениями и нашим фундаментальным пониманием климатической системы, безотносительно к вопросу об антропогенном влиянии. Отнюдь не укрепляя позицию "не о чем беспокоиться", существенные недостатки в нашем понимании климатической системы должны усиливать потребность в принятии мер, это следует из необходимости управления рисками, поскольку неопределенность и неведение о последствиях повышают относительную ценность мер предосторожности. Впрочем, это тема отдельного разговора...

Ссылки:

•Allen, R.J. and S.C. Sherwood (2008): Warming maximum in the tropical upper troposphere deduced from thermal winds. Nature Geoscience, 1, 399-403, doi:10.1038/ngeo208.
•Bengtsson, L. and K.I. Hodges (2009): On the evaluation of temperature trends in the tropical troposphere. Climate Dynamics, “Online First”, doi:10.1007/s00382-009-0680-y.
•Johnson, N.C. and S.-P. Xie (2010): Changes in the sea surface temperature threshold for tropical convection. Nature Geoscience, 3, 842–845, doi:10.1038/ngeo1008.
•Randel, W.J. and F. Wu (2006): Biases in Stratospheric and Tropospheric Temperature Trends Derived from Historical Radiosonde Data. Journal of Climate, 19, 10, 2094-2104, doi:10.1175/JCLI3717.1.
•Sherwood, S.C., et al. (2008): Robust Tropospheric Warming Revealed by Iteratively Homogenized Radiosonde Data. Journal of Climate, 21, 20, 5336-5352, doi:10.1175/2008JCLI2320.1 .
•Sobel, A. (2010): Raised bar for rain. Nature Geoscience, 3, 821–822, doi:10.1038/ngeo1025.
•Thorne, P.W., et al. (2007): Tropical vertical temperature trends: A real discrepancy? Geophysical Research Letters, 34, L16702, doi:10.1029/2007GL029875.
•Thorne, P.W. (2008): The answer is blowing in the wind. Nature Geoscience, 1, 347-348, doi:10.1038/ngeo209.
•Thorne, P.W., et al. (2010) Tropospheric temperature trends: history of an ongoing controversy. WIRES: Climate Change, in press, doi:10.1002/wcc.80.
•Zhang, G.J., and H. Wang (2006): Toward mitigating the double ITCZ problem in NCAR CCSM3. Geophysical Research Letters, 33, L06709, doi:10.1029/2005GL025229.

 

Ответ является репостом из The Way Things Break

Последнее обновление 23 февраля 2011 года

Translation by matros_, . View original English version.



The Consensus Project Website

THE ESCALATOR

(free to republish)

Smartphone Apps

iPhone
Android
Nokia

© Copyright 2017 John Cook
Home | Links | Translations | About Us | Contact Us