as

Ошибки в моделировании облачности исказили климатический прогноз

NASA

Американские климатологи обнаружили, что ошибки при моделировании суточных циклов облаков в современных климатических моделях являются источником значительных погрешностей при реконструкции и прогнозировании климата на Земле. В статье, опубликованной в Nature Communications, ученые отмечают, что это не приводит к качественному изменению полученных данных, но может заметно снижать их точность.

Т-Банк // CTF

Отражение и рассеяние света на облаках в атмосфере Земли — один из ключевых факторов, влияющих на освещенность и температуру на поверхности планеты. Поэтому толщина и площадь слоя облаков становятся одним из важных параметров при реконструкции климата с использование компьютерных моделей. Обычно в моделях пытаются наиболее точно воспроизвести среднесуточное значение, не уделяя большого внимания колебаниям свойств облаков (в первую очередь, их количеству на небе) в течение суток, которые описываются с помощью суточных циклов. Однако из-за взаимодействия с другими суточными циклами (в частности, интенсивностью солнечного света и тепловым излучением Земли), небольшой сдвиг в фазе или амплитуде цикла облаков может иметь достаточно заметные последствия для всей системы энергетических циклов на планете.

Для оценки последствий неправильного учета суточных циклов облаков в моделировании климатологи Цзюнь Инь (Jun Yin) и Амилькаре Порпорато (Amilcare Porporato) из Принстонского университета количественно сравнили данные о фазе и амплитуде колебаний площади облаков на небе, полученные из компьютерного моделирования и измеренные экспериментально со спутника. В своей работе ученые исследовали только макроскопические характеристики колебательного процесса и оценили среднеквадратичное отклонение для трех величин: среднесуточной площади покрытия, его стандартного отклонения и времени наблюдения максимального покрытия, при этом не рассматривая внутреннюю структуру облаков и распределение их оптических свойств.

Пример суточного цикла относительной площади покрытия неба облаками. Красной пунктирной линией показано среднесуточное значение, голубой полосой — стандартное отклонение, с синей пунктирной линией — время наблюдения максимального количества облаков

J. Yin & A. Porporato /Nature Communications, 2017

Оказалось, что все климатические модели с высокой точностью могут предсказать среднесуточную площадь покрытия неба облаками. Однако стандартное отклонение, которое увеличивается при наличии сильных колебаний количества облаков в течение дня, и время наблюдения их максимального количества на небе компьютерные модели предсказывают с очень большой погрешностью. Что интересно, эта погрешность отличается по величине для участков, расположенных над сушей и над морем: суточный цикл облаков над морем климатические модели предсказывают значительно точнее.

Среднеквадратичные отклонения результатов компьютерного моделирования (с использованием нескольких наиболее популярных моделей) от измерений спутника для относительной площади покрытия неба облаками (сверху), ее стандартного отклонения (посередине) и времени наблюдения максимального количества облаков (снизу)

J. Yin & A. Porporato /Nature Communications, 2017

По словам авторов работы, такие несоответствия приводят к завышенной оценке солнечного излучения, которое попадает на Землю в большинстве используемых климатических моделей. Климатологи считают, что именно эти ошибки, связанные с неучтенным суточным циклом облаков, могут быть одной из причин обязательной дополнительной подстройки климатических моделей, которая производится для соответствия между моделируемым климатом и реальным. (Одним из приемов такой подстройки, например, служит усиление при моделировании эффекта альбедо — отражательной способности облаков — в случае, если площадь покрытия оказывается заниженной).

При этом ученые отмечают, что глобальное потепление довольно слабо влияет на суточные циклы облаков, поэтому погрешность в моделировании не приводит к возникновению значительных ошибок при прогнозировании климатических изменений в ближайшем будущем. Однако, эти погрешности могут приводить к изменениям механизмов взаимного влияния океана, атмосферы и участков суши друг на друга при формировании климата. Ученые считают, что учет суточных циклов облаков значительно повысит надежность моделирования и точность климатических предсказаний.

Система облаков, которая отражает и рассеивает часть солнечного света, влияет на климат не только на Земле, но и на других небесных телах. В частности, с помощью моделирования климата на Венере астрофизики показали, что из-за наличия облаков несколько миллиардов лет назад климат на планете мог быть пригодным для жизни.

Александр Дубов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
К середине века волны жары будут угрожать здоровью всех детей мира

Такие прогнозы содержит новый доклад ЮНИСЕФ