Изменение климата, 2001 г. Научные аспекты

	Другие доклады в этой подборке

B. Наблюдаемые изменения в климатической системе

В настоящем разделе представлено обновленное резюме данных наблюдений, дающее представление о том, как климатическая система изменялась в прошлом. Многие переменные климатической системы были измерены непосредственно, т.е. о них имеются «данные, зарегистрированные приборами». Например, повсеместные прямые измерения приземной температуры начали проводиться еще с середины XIX столетия. Наблюдения за другими приземными «погодными» переменными, такими, как атмосферные осадки и ветры, почти в глобальном масштабе проводятся в течение вот уже примерно 100 лет. Изменения уровня моря проводятся в некоторых местах уже более 100 лет, однако сеть мареографов, обеспечивающих продолжительные временные ряды данных, имеет лишь ограниченный глобальный охват. Аэрологические наблюдения начали систематически проводиться лишь с конца 40- х годов. Имеются также продолжительные временные ряды зарегистрированных данных наблюдений за поверхностью океана, проводившихся с морских судов примерно с середины XIX столетия и со специальных буев примерно с конца 70-х годов. За период с конца 40-х годов имеются также и данные измерений температуры подповерхностного слоя океана с почти глобальным охватом. За период с конца 70-х годов имеются также и другие данные, полученные с помощью спутников для наблюдения за Землей, которые используются для обеспечения широкого диапазона данных глобальных наблюдений за различными компонентами климатической системы. Кроме того, всевозрастающая совокупность палеоклиматических данных, например данных: о деревьях, кораллах, отложениях и льде — дает информацию о климате Земли, существовавшем столетия и тысячелетия тому назад.

В настоящем разделе особое внимание уделяется текущим знаниям о происходивших в прошлом изменениях ключевых климатических переменных, а именно: температуры, осадков и влажности атмосферы, снежного покрова, протяженности материкового и морского льда, уровня моря, структур атмосферной и океанической циркуляции, экстремальных метеорологических и климатических явлениях, а также в общих характеристиках изменчивости климата. В заключительной части настоящего раздела приводится сопоставление наблюдаемых тенденций в этих различных климатических показателях, с тем чтобы определить, какова же общая складывающаяся картина. Степень этой внутренней согласованности является одним из ключевых факторов в оценке уровня достоверности современного понимания климатической системы.

B.1 Наблюдаемые изменения в температуре

Инструментальные данные о температуре суши и океанов

Глобальная средняя приземная температура за период с конца XIX столетия возросла на 0,6 + 0,2 °С³. Весьма вероятно, что 1990-е годы были самым теплым десятилетием, а 1998 г. — самым теплым годом за все время инструментальных измерений, начиная с 1861 г. (см. рисунок ТР-2). Основная причина увеличившегося оценочного значения глобального потепления на 0,15 °С за период после выхода ВДО заключается в рекордном потеплении в дополнительно включенные в анализ шесть лет (1995—2000 гг.) сбора данных. Вторая причина заключается в усовершенствовании методов оценки изменения. Современный, несколько более широкий диапазон неопределенностей (±0,2°C, доверительный интервал — 95 %) также обоснован более объективно. Кроме того, в период после выхода ВДО научная основа для обеспечения достоверности оценок повышения глобальной температуры в период с конца XIX столетия укрепилась. Это произошло благодаря более совершенным выводам, сделанным в ходе нескольких новых исследований. Сюда входят: независимая проверка поправок, используемых для зависящих от времени отклонений в данных о температуре поверхности моря, и новые анализы влияния городских «островов тепла» на тренды глобальной температуры на суше. Как показано на рисунке ТР-2, большая часть повышения глобальной температуры в период с конца XIX столетия пришлась на два четко определенных периода: с 1910 г. по 1945 г. и после 1976 г. Темпы повышения температуры в оба этих периода составляют примерно 0,15 °С в десятилетие. Происходящее в последнее время потепление является более сильным на суше, чем в районах океанов; повышение температуры поверхности моря в период с 1950 г. по 1993 г. составляет примерно половину от повышения средней температуры воздуха над поверхностью суши. Высокая глобальная температура, ассоциирующаяся с явлением Эль-Ниньо 1997—1998 гг., рассматривается в качестве экстремального явления даже с учетом наблюдающихся в последнее время темпов потепления.

Рисунок ТР-2. Совокупные годовые аномалии температуры (°С) воздуха над поверхностью суши и поверхности моря в период с 1861 г. по 2000 г. по отношению к периоду с 1961 г. по 1999 г. Две неопределенности, связанные со среднеквадратической ошибкой, показаны в виде столбиков на ежегодных значениях. [Основан на рисунке 2.7с]

Рисунок ТР-3. Тренды годовой температуры за периоды соответственно 1901—1999 гг., 1910—1945 гг., 1946—1975 гг. и 1976—1999 гг. Тренды представлены областями с нанесенными на них кружочками, где белый цвет означает увеличение, черный цвет — уменьшение и синий цвет — незначительное изменение или его отсутствие. Тренды рассчитаны на основе нанесенных на сетку годовых усредненных аномальных значений с соблюдением условия, что в расчет годовых аномалий включены данные как минимум за 10 месяцев. Что касается периода 1901—1999 гг., тренды были рассчитаны только для тех квадратов сетки, в которых содержались данные о годовых аномалиях как минимум за 66 лет из 100 лет. Минимальное количество лет, требовавшихся для расчетов за более короткие периоды времени (1910—1945 гг., 1946—1975 гг. и 1976—1999 гг.) составляло соответственно 24, 20 и 16 лет. [Основано на рисунке 2.9]

Региональные структуры потепления, наблюдавшиеся в первой половине ХХ столетия, отличаются от таких структур, наблюдавшихся во второй половине этого столетия. На рисунке ТР-3 показаны региональные структуры потепления, наблюдавшиеся в течение всего ХХ столетия, а также в три составляющих его периода времени. В самый последний период потепления (с 1976 г. по 1999 г.) оно носило почти глобальный характер, однако самое значительное повышение температуры при этом наблюдалось в средних и высоких широтах континентов в северном полушарии. Округленные по годам значения свидетельствуют об охлаждении в северозападной части Северной Атлантики и в центре северной части Тихого океана, однако тенденция охлаждения в Северной Атлантике в последнее время сменилась на обратную. Было показано, что наблюдающиеся в последнее время региональные структуры изменения температуры соотносятся, частично, с различными фазами атмосферно-океанических колебаний, таких, как cевероатлантическое-арктическое колебание и, возможно, Тихоокеанское десятилетнее колебание. В связи с этим региональные тенденции температуры в течение нескольких десятилетий могут находиться под сильным влиянием региональной изменчивости в климатической системе и могут заметно отклоняться от глобального среднего значения. Потепление в период с 1910 г. по 1945 г. первоначально концентрированно происходило в Северной Атлантике. В противоположность этому в период с 1946 г. по 1975 г. в Северной Атлантике наблюдалось значительное похолодание так же, как и на большей части территорий в северном полушарии; в это же время на большей части территории южного полушария наблюдалось потепление.

Новые анализы свидетельствуют о том, что глобальное теплосодержание океанов значительно возросло с конца 1950-х годов. Более половины этого увеличения теплосодержания произошло в верхнем слое океана до глубины 300 м, что было эквивалентно темпам повышения температуры в этом слое примерно на 0,04 °С в десятилетие.

Новые анализы максимальных суточных температур на поверхности суши за период с 1950 г. по 1993 г. продолжают свидетельствовать о том, что эта мера суточного диапазона температур уменьшается в очень многих точках земного шара, хотя и не везде. В среднем минимальные температуры возрастают примерно в два раза быстрее максимальных температур (0,2 против 0,1 °С в десятилетие).

Температуры над приземным слоем по данным со спутников и метеорологических шаров-зондов

Данные измерений температуры на поверхности, с шаров- зондов и со спутников показывают, что в тропосфере и на поверхности Земли происходило потепление, а в стратосфере происходило охлаждение. За тот короткий период времени, в течение которого проводились измерения как со спутников, так и с метеорологических шаров-зондов (начиная с 1979 г.), данные, полученные с шаров-зондов и со спутников, показывают, что в нижнем слое тропосферы потепление было значительно меньше, чем наблюдавшееся на поверхности. Результаты анализов трендов температуры в период с 1958 г. для нижних 8 км атмосферы и для поверхности Земли хорошо согласуются между собой, как это показано на рисунке ТР-4а, при потеплении, составлявшем примерно 0,1 °С в десятилетие. Однако начиная с 1979 г., когда начали проводиться измерения со спутников, данные о температуре, полученные как со спутников, так и с метеорологических шаров-зондов, свидетельствуют о потеплении в среднем-нижнем слоях глобальной тропосферы со скоростью примерно 0,05 + 0,10 °С в десятилетие. Глобальная средняя приземная температура возрастала значительными темпами на 0,15 + 0,05 °С в десятилетие. Эта разница в темпах потепления является статистически значимой. В отличие от этого, в период с 1958 г. по 1978 г. тренды приземной температуры были около 0, а тренды в нижних 8 км атмосферы соответствовали повышению примерно в 0,2 °С в десятилетие. Примерно половина наблюдающейся разницы в потеплении в период с 1979 г., вероятно⁴, может быть объяснена сочетанием расхождений в пространственном охвате данными приземных и тропосферных наблюдений и физических последствий ряда извержений вулканов и значительного проявления явления Эль-Ниньо (общее описание ЭНСО см. в текстовом блоке ТР-4), которые произошли в этот период. Остальная часть указанной разницы является, по всей вероятности, реальной и не связана с отклонениями в данных наблюдений. Она возникает в основном из-за различий в темпах изменения температуры над тропическими и субтропическими регионами, которые были более быстрыми в нижних 8 км атмосферы до приблизительно 1979 г., но которые затем замедлились. Никаких значительных расхождений в темпах потепления над средними широтами континентов в северном полушарии не наблюдалось. Что касается верхнего слоя тропосферы, никаких значительных глобальных трендов температуры в период с начала 1960-х годов обнаружено не было. В том, что касается стратосферы, то, как показано на рисунке ТР-4b, данные, полученные как со спутников, так и с шаров-зондов, свидетельствуют о значительном охлаждении, прерывавшемся резкими эпизодами потепления длительностью от одного до двух лет, которые были связаны с извержениями вулканов.

Приземные температуры в период до начала инструментальных наблюдений, полученные на основе косвенных данных

Темпы и продолжительность потепления в ХХ столетии, вероятно, являются самыми значительными, чем в какие-либо другие времена в течение последних 1000 лет. 1990-е годы, вероятно, были самым теплым десятилетием за последнее тысячелетие в северном полушарии, а 1998 г., вероятно, был самым теплым годом. В понимании явления изменения температуры, происходившего в течение последнего тысячелетия, был достигнут значительный прогресс, особенно благодаря синтезу отдельных работ по воссозданию данных о температуре. Эти новые подробные данные о температуре для северного полушария показаны на рисунке ТР-5. Эти данные свидетельствуют о сравнительно теплом периоде, ассоциирующимся с XI— XIV столетиями, и о сравнительно холодном периоде, ассоциирующимся с XV—XIX столетиями, в северном полушарии. При этом, однако, имеющиеся свидетельства не могут служить доказательством того, что эти периоды, т.е. соответственно «средневековый теплый период» и «малый ледниковый период», происходили синхронно по всему земному шару. Как показывает рисунок ТР-5, темпы и продолжительность потепления в северном полушарии в ХХ столетии представляются беспрецедентными за всё последнее тысячелетие, и их нельзя рассматривать просто как восстановление после «малого ледникового периода» XV—XIX столетий. Эти анализы дополнены анализами чувствительности в отношении пространственной представительности имеющихся палеоклиматических данных, которые свидетельствуют о том, что потепление в последнее десятилетие выходит за пределы доверительного интервала неопределенности температуры в 95 %, даже во время самых теплых периодов в последнее тысячелетие. Более того, к сегодняшнему дню завершено проведение нескольких различных анализов, каждый из которых дает основание предположить, что температуры в северном полушарии в последнее десятилетие были выше, чем в любое другое время в последние 6—10 столетий. Это тот отрезок времени, за который значения температуры с годовым разрешением могут быть рассчитаны путем использования собранных в масштабе полушария косвенных данных, как-то: годичные кольца деревьев, керны льда, кораллы и другие косвенные данные с годовым разрешением. Что же касается среднегодовых значений в более ранние, чем 1000 лет тому назад, периоды и условий, существовавших на большей части южного полушария до 1861 г., из-за недостатка необходимых данных знания о них меньше.

Вероятно, что значительные быстрые изменения температуры в течение десятилетий происходили во время последнего ледникового периода и отступления ледников после него (в период между приблизительно 100 000 и 10 000 лет тому назад), особенно в высоких широтах северного полушария. В некоторых местах во время отступления ледников повышения температуры в локальном масштабе составляли, вероятно, от 5 до 10 °С в столь короткие периоды, как несколько десятилетий. Появляются свидетельства того, что в течение последних 10 000 лет происходили быстрые значительные изменения температуры в региональном масштабе, являющиеся составной частью естественной изменчивости климата.

Рисунок ТР-4 (a) Временные ряды аномальных значений сезонной температуры в тропосфере на основе данных, полученных с шаров-зондов и со спутников в дополнение к наземным данным. (b) Временные ряды аномальных значений сезонной температуры нижнего слоя стратосферы. [Основано на рисунке 2.12]

Рисунок ТР- 5. Температура за тысячелетний период (с 1000 г. по 1999 г. нашей эры) в северном полушарии (СП) на основе воссозданных данных (серый цвет — годичные кольца деревьев, кораллы, керны льда и исторически зарегистрированные данные) и данных, полученных с помощью приборов (синий цвет). Показаны сглаженная версия рядов данных по СП (черный цвет) и два предельных значения среднеквадратической ошибки (светло-серый цвет). [Основано на рисунке 2.20]