Насколько точно можно предсказать первое лето в Арктике безо льда?

В конце лета многие обращают свое внимание на Арктику, ожидая годового минимума ледового покрова морских вод.

После достижения годового максимума ледового покрытия к концу зимы арктические льды начинают таять с повышением температуры и тают на протяжении весны и лета. В районе сентября площадь морского ледового покрытия достигает своих минимальных значений.

С момента начала ведения спутниковых наблюдений в 1979 году арктический морской ледовый покров в сентябре уменьшался примерно на 13 % каждые десять лет. Текущий минимальный рекорд был зарегистрирован 16 сентября 2012 года, когда площадь морского ледового покрова сократилась до 3,41 млн км².

Подобное очевидное сокращение площади морского ледового покрова заставляет задаться вопросом, когда в Арктике наступит первое безледное лето. В нашем новом исследовании, опубликованном на прошлой неделе в журнале Geophysical Research Letters, мы рассуждаем, можно ли определить точный год, когда это произойдет.

Что означает термин «безледный»?

Для начала необходимо прояснить, что именно понимается под термином «безледное» в применении к лету в Арктике.

Ученые обычно говорят о «безледном» лете, когда площадь морского ледового покрытия на его протяжении составляет менее 1 млн км², а не в случае полного отсутствия льдов.

На это есть серьезная причина. Морской ледовый покров Арктики располагается не только в центре Северного Ледовитого океана, но и вдоль северных побережий США, Гренландии, России и Канады, а также в узких проливах Канадского Арктического архипелага. Причем в этих регионах он толще, нежели в центральной части Северного Ледовитого океана.

Таким образом, ученые ожидают, что на этих участках морской ледяной покров просуществует дольше, чем в центре Северного Ледовитого океана. Это означает, что по мере дальнейшего сокращения морского ледового покрова наступит момент, когда центральная область Северного Ледовитого океана будет по большей части свободна ото льда, однако остатки льда сохранятся вдоль северных побережий Канады, Аляски и Гренландии. В силу этих обстоятельств ученые выбрали значение 1 млн км² в качестве порогового для определения практически свободного ото льда Северного Ледовитого океана.

Важно отметить, что порог в 1 млн км² является довольно символичным. Последствия от большей открытости Северного Ледовитого океана, такие, как уменьшение ареала обитания полярных медведей и других арктических животных, береговая эрозия и открытие судоходных маршрутов, возникнут задолго до достижения этой отметки.

На самом деле, подобно глобальному повышению температуры на 1 °C по сравнению с доиндустриальным уровнем или увеличению концентрации СО₂ в атмосфере до 400 миллионных долей, это значение символизирует тревожный этап изменения климата, возникающего по вине человечества.

Неопределенность в предсказаниях

Моделирование на основании различных климатических моделей предлагает широкий диапазон ответов на вопрос, когда же Арктика освободится ото льдов. Ответы на него лежат в области от 2005 года до периода после 2100 года. Согласно большинству моделей это должно случиться где-то в середине 21-го столетия.

При проведении различных исследований ученые пытались сузить этот диапазон за счет выбора подмножества моделей, лучше всего отражающих реальные наблюдения, либо введения поправок на основании погрешностей моделей.

Однако ни в одном из проведенных исследований не был поставлен вопрос, насколько возможно сузить диапазон получаемых предсказаний. Так же как точность прогнозов погоды изначально ограничена хаотичной природой атмосферы, климатическим предсказаниям свойственна внутренняя неопределенность, ограничивающая точность предсказания, которую мы можем достичь даже при использовании лучших из имеющихся у нас моделей.

Существуют три основных источника неопределенности предсказаний, касающихся безледного лета в Арктике: естественная изменчивость климатической системы, скорость, с которой люди будут принимать меры по сдерживанию климатических изменений за счет сокращения выбросов парниковых газов, и искусность выполнения самой модели.

Текущий год является хорошим примером того, как естественная изменчивость делает прогнозы ненадежными.

Согласно данным, полученным при помощи спутников, уже в марте были зафиксированы минимальные значения площади ледового покрытия в арктических водах, причиной чему послужила необычайно теплая зима. Это позволило некоторым ученым предположить, что 2016 год может побить рекорд 2012 года по сокращению летнего минимума морского ледяного покрова. Однако благодаря периоду холодной штормовой погоды, имевшему место в летние месяцы, теперь это весьма маловероятно. В настоящее время площадь ледового покрова в Арктике находится приблизительно на третьем с конца месте по величине за всю историю наблюдений.

В рамках нашего исследования мы проверили, каким образом естественная изменчивость влияет на долгосрочные предсказания безледного лета, на основании 40 моделей изменения климата в 21-м веке и модели земной системы.

За счет многократного проведения моделирования с небольшими изменениями начальных условий при каждом новом запуске мы смогли оценить влияние естественных колебаний климатической системы на результаты предсказаний площади ледового покрытия в Арктике. В результате было обнаружено, что неопределенность предсказаний площади ледового покрытия в Арктике, вызванная естественной изменчивостью, позволяет получить временной промежуток продолжительностью около 20 лет.

Именно естественная изменчивость климата является причиной, по которой точность составляемого нами прогноза безледного лета ограничена промежутком 20 лет.

Далее мы рассмотрели вторую причину, от которой зависит неопределенность предсказаний, а именно динамику выбросов парниковых газов в атмосферу в 21-м веке. Скорость таяния морских льдов в Арктике будет зависеть от того, как быстро мы сможем сокращать глобальные выбросы парниковых газов и замедлять темпы увеличения средней температуры климатической системы.

Мы сравнили результаты моделирования в условиях высокого уровня концентрации выбросов (РТК 8.5) с результатами моделирования для умеренного уровня концентрации выбросов (РТК 4.5). По итогам этого сравнения мы пришли к заключению, что выбор траектории выбросов парниковых газов приводит к увеличению неопределенности предсказания безледного лета в Арктике еще на пять лет.

Таким образом, учет двух основных неопределенностей модели из трех дает разброс прогноза порядка 25 лет.

Моделирование показывает, что первое лето безо льда в Арктике случится где-то между 2032 и 2053 годами при выбросах высокой интенсивности и между 2043 и 2058 годами при выбросах средней интенсивности. Однако следует понимать, что это разброс именно в пределах одной модели (модели земной системы).

Различия моделей

Как уже было сказано, модели прогнозирования сильно расходятся при определении даты наступления первого безледного лета в Арктике. Таким образом, обнаруженная нами степень неопределенности предсказаний невелика по сравнению с различием в физических характеристиках и качестве исполнения моделей.

Это означает, что даже если предсказания относительно состояния ледяного покрова в Арктике согласно различным моделям будут лучше согласовываться в будущем, мы все равно не сможем сузить прогнозируемый временной период, в который может наступить первое безледное лето в Арктике, менее чем до 20 лет вследствие естественной изменчивости климата. Или менее чем до 25 лет, если при прогнозировании будут учитываться неопределенности, свойственные различным траекториям выбросов парниковых газов в атмосферу.

В качестве отступления хочется добавить, что от траекторий выбросов непосредственно зависит, когда мы станем свидетелями безледных летних периодов в Арктике в течение нескольких последовательных лет. К примеру, в рамках варианта с высоким уровнем выбросов Арктика неизменно будет оставаться безо льда в сентябре с конца 2060-х годов. А с учетом варианта с умеренным уровнем выбросов первое безледное лето в Арктике наступит только к 2080 году, и то согласно лишь нескольким моделям прогнозирования.

В завершение можно сказать, что согласно полученным данным мы не можем спрогнозировать срок наступления безледного лета в Арктике с неопределенностью менее 25 лет.

Но в то время как естественные погодные и климатические колебания оказывают непосредственное влияние на дату наступления первого безледного лета в Арктике, мы можем быть вполне уверены, что в отсутствие значительного сокращения выбросов парниковых газов это произойдет задолго до конца этого столетия.

Автор: доктор Александра Ян (Alexandra Jahn), старший преподаватель кафедры атмосферных наук и океанографии и научного сотрудника института арктических и высокогорных исследований в Университете штата Колорадо.

Оригинал статьи: /www.carbonbrief.org/