Нобель для климатологов: суть исследований
Стремительно меняющийся климат – одна из самых важных тем последнего времени. Это в очередной раз подчеркнула и Нобелевская премия. В этом году две из трех наград по физике получили климатологи – Сюкуро Манабе и Клаус Хассельман. Формулировка – за новаторский вклад в наше понимание сложных физических систем.
Манабе и Хассельман заложили основы моделирования климата, предложенным ими подходам уже более 40 лет. Метеорология, как наука о земной атмосфере, изначально развивалась как физическая дисциплина. Атмосферное давление и температуру воздуха научились измерять почти 400 лет назад. У климатологии в этом плане был более тернистый путь. До середины прошлого столетия она не могла преодолеть описательный этап. Использовались простейшие физические закономерности, например, связи климата с притоком солнечной энергии к земной атмосфере. Так можно лишь частично интерпретировать изменения климата, которые случились в прошлом, и происходят в настоящем. О климатическом прогнозе с подобным подходом говорить нельзя.
При этом науки о Земле бурно развивались – первым идею о "парниковом эффекте" высказал великий французский физик Жозеф Фурье еще в 20-х годах XIX века. А выдающийся советский климатолог и геофизик Михаил Будыко более 50 лет назад обоснованно предположил, что "парниковый эффект" не просто существует, но и в значительной степени определяется деятельностью человека. Его работы произвели эффект разорвавшейся бомбы! В то время уже существовали модели численного прогноза погоды, космические просторы бороздили метеоспутники, а моря – "суда погоды". Но описать изменения климата с помощью математической модели никто не мог.
Заслуга американо-японского геофизика Сюкуро Манабе как раз в том, что он со своей командой создал первую численную модель, наиболее полно описывающую физическое взаимодействие атмосферы и океана как единой системы. Процессы переноса солнечного излучения, тепло- и влагооборота, атмосферная и океаническая циркуляции – все это было детально описано.
По современным меркам модель Манабе была достаточно простой, но по тем временам – наиболее физически обоснованной. И главное – она была успешно реализована на суперкомпьютерах.
"Результаты по климату, которые мы имеем сейчас, на чем основано Парижское соглашение (до этого Киотский протокол), все выводы экспертов о причине современных и прошлых и будущих изменений климата основаны на моделях климата. И Сюкуро Манабе внес в развитие этих моделей очень существенный результат", – рассказал Владимир Семенов, заместитель директора Института физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН, заведующий лабораторией климатологии Института географии РАН.
Ключевая работа Сюкуро Манабе – численный эксперимент с увеличением содержания углекислого газа в атмосфере по сравнению с доиндустриальным уровнем. Цикл соответствующих статей был опубликован в ведущих геофизических журналах в середине 70-х годов и вызвал настоящую революцию. Именно эти работы дали прочное обоснование того, что эмиссия парниковых газов может кардинально поменять климат Земли. По расчетам Манабе, сильнее всего потепление должно ударить по арктическим широтам, и это блестяще подтверждается данными измерений в наши дни.
Весомый вклад в развитие теоретической климатологии внес второй лауреат – Клаус Хассельман. Он филигранно применил к климатической системе теорию случайных процессов, а также первым развивал идею совместного моделирования климата и экономики.
"Он очень много сделал для климатической науки. И не только. И в исследованиях волнений морских волн его уравнение, полученное еще в 60-х годах, всеми используется. Он очень всесторонний. Один из сильнейших физиков-теоретиков в мире", – пояснил Владимир Семенов.
Сегодняшняя деятельность Межправительственной группы по изменениям климата – во многом заслуга первых численных экспериментов Сюкуро Манабе и достижений Клауса Хассельмана. Современные климатические модели называют уже моделями земной системы – они включают в себя не только атмосферу и океан, но и оледенение, почву, биосферу и углеродный цикл, озера.
Огромное количество экспериментов посвящено не только климатическому прогнозу, но и реконструкциям климатов прошлого, в котором можно найти ключ к пониманию того, что ожидает планету в будущем.