Современные климатические модели предсказывают, что в результате антропогенного изменения климата поверхность Тихого океана должна нагреваться — некоторые части больше, другие меньше, но все же должно происходить потепление.
Действительно, большинство регионов теплеют, как и ожидалось, за одним ключевым исключением: то, что ученые называют экваториальным холодным языком. Это полоса относительно прохладной воды, протянувшаяся вдоль экватора от Перу в западную часть Тихого океана через четверть окружности Земли. Он создается экваториальными пассатами, которые дуют с востока на запад, накапливая теплые поверхностные воды в западной части Тихого океана, а также отталкивая поверхностные воды от самого экватора. Это позволяет холодным водам подниматься с глубин, создавая холодный язык.
Климатические модели глобального потепления — компьютерное моделирование того, что различные части Земли должны делать в ответ на растущее количество парниковых газов — говорят, что экваториальный холодный язык, наряду с другими регионами, должен был начать нагреваться десятилетия назад и все еще должен сейчас увеличивать температуру. Но холодный язык упорно остается холодным.
Это беспокоит многих ученых, потому что холодный язык играет ключевую роль в глобальном климате. Например, это влияет на Эль-Ниньо (Южная осцилляция, ENSO), естественное циклическое усиление и ослабление пассатов, которое вызывает охлаждение и потепление поверхности восточной части Тихого океана каждые три-семь лет.
ENSO является мировым мастером погоды; в зависимости от того, в какой части цикла оно находится, его эхо в атмосфере может привести к проливным дождям или засухе на большей части Северной и Южной Америки, Восточной Азии и Восточной Африки. Будет ли холодный язык нагреваться, вероятно, повлияет на погоду в огромных регионах. Результирующие сдвиги могут повлиять на мировые поставки продовольствия и вспышки непогоды. Но наши прогнозы этих изменений основаны на климатических моделях.
Ричард Сигер, специалист по климату из обсерватории Ламонт-Доэрти Колумбийского университета, давно подозревал, что климатические модели неправильно понимают холодный язык. В 1997 году он и его коллеги опубликовали статью, в которой говорилось, что в течение 20-го века он вообще не нагревался.
В то время большинство ученых предполагали, что любое несоответствие между реальными температурами и прогнозируемыми климатическими моделями связано с естественной изменчивостью. Мы должны просто подождать; в конце концов появится сигнал о потеплении холодного языка. Теперь, два десятилетия спустя, с более современными спутниковыми данными, реальные наблюдения все более очевидно отклоняются от моделей. Пришло время их пересмотреть, говорит Ричард Сигер.
В новой статье в журнале Nature Climate Change он и его коллеги используют упрощенные модели, которые изолируют фундаментальную динамику атмосферы и океана в тропической части Тихого океана. Они, говорят ученые, соответствуют фактическому поведению холодного языка и показывают, что оно согласуется с ростом количества парниковых газов.
В целом, насколько хорошо климатические модели соответствуют реальным наблюдениям?
Несоответствие между наблюдаемыми изменениями температуры холодного языка за последние десятилетия и моделями весьма поразительно. Есть множество симуляций с несколькими моделями из исследовательских групп по всему миру. Хотя все эти модели вызваны одинаковой историей парниковых газов, вулканов, солнечной радиации и других сил, они создают свою собственную внутреннюю изменчивость.
Следовательно, они создают ряд оценок истории климата. Для изменений температуры холодного языка наблюдаемые изменения находятся на крайнем холодном конце или вне модельного диапазона. Средняя или медианная модель говорит, что за последние шесть десятилетий холодный язык должен был прогреться на 0,8 градуса или более, но реальное значение составляет всего 0,4 градуса или даже меньше.
Почему современные климатические модели не соответствуют тому, что мы видим?
На протяжении нескольких поколений моделей климата моделировались холодные языки, которые слишком холодные и простираются слишком далеко на запад. Непосредственно к югу от модельных холодных языков также течет теплая вода, а не холодные воды, которые простираются вплоть до холодных прибрежных районов апвеллинга к западу от Перу и Чили.
Эти чрезмерно развитые холодные языки в моделях приводят к экваториальной среде, в которой слишком высокая относительная влажность и слишком низкая скорость ветра. Это делает температуру поверхности моря очень чувствительной к росту парниковых газов. Следовательно, холодные языки в модели сильно греются за последние десятилетия.
В реальном мире чувствительность ниже, и, фактически, часть тепла, добавляемого растущими парниковыми газами, компенсируется подъемом холодной воды снизу. Таким образом, реальный холодный язык нагревается меньше, чем воды над тропическим западом Тихого океана или от экватора на север и юг. Этот паттерн изменения температуры поверхности моря приводит к усилению пассатов, что поднимает холодные подземные воды вверх, еще больше охлаждая холодный язык.
Что делает новая модель?
Новая модель фактически датируется началом 1980-х годов, когда люди впервые пытались использовать модели для объяснения таких явлений, как Эль-Ниньо. Тогда было обычным сделать задачу проще, предполагая в модели среднее климатологическое состояние и просто моделируя возмущения из этого.
Ученые использовали этот подход. Таким образом, они смогли показать в рамках одной простой модели, что, если мы примем реальное климатологическое состояние, реакцией на рост парниковых газов будет потепление повсюду, но не на холодном языке.
Напротив, если мы предположим смещенное климатологическое состояние в сложных современных моделях, реакция на рост парниковых газов усилила потепление на холодном языке. Следовательно, этот переход по полосе памяти моделирования позволяет диагностировать, что не так со сложными моделями, которые в настоящее время используются для прогнозирования климата и оценки воздействия.
Каковы последствия для людей?
Их много. Температура поверхности моря в экваториальной части Тихого океана влияет на климат и его изменчивость во всем мире. Как правило, потепление атмосферы увеличивает количество влаги, которую может удерживать воздух, и усиливает перенос влаги.
Это делает сухие субтропические зоны более сухими, а влажные тропические и среднеширотные — более влажными. Но помимо этих изменений будут и региональные изменения. Если холодный язык согреется, как говорят сложные модели, он должен, аналогично событию Эль-Ниньо, в некоторых регионах создать влажную тенденцию, чтобы компенсировать субтропическое высыхание на юго-западе Северной Америки и в Южной Америке.
Это также создаст тенденцию к увлажнению в Восточной Африке, но и тенденцию к высыханию в экваториальной Южной Америке. Если вместо этого верна новая модель, и холодный язык не будет так сильно нагреваться, то высыхание на юго-западе Северной Америки, в субтропической Южной Америке и восточной Африке может быть более серьезным, чем предполагают сложные модели.
В то же время в экваториальной Южной Америке могут возникнуть более влажные условия. При разработке оценок воздействия на климат сценарии не должны ограничиваться сложными моделями. Им следует также рассмотреть случай, когда холодный язык продолжит не нагреваться. Смысл для разработчиков моделей заключается в том, что они должны выяснить, почему их модели имеют отклонения, и исправить их.
Strengthening tropical Pacific zonal sea surface temperature gradient consistent with rising greenhouse gases. Nature Climate Change, doi.org/10.1038/s41558-019-0505-x