Облака помогут лучше понять климат Арктики

Ученые оценили данные разных математических моделей, нацеленных на анализ климата и облачности в Арктике. Исследователи установили, что модели при их сравнении выдают разные результаты, что связано с разными исходными данными и погрешностями в измерениях. Например, лед на поверхности воды спутники путают с бликами. Проверка имеющихся моделей позволит ученым узнать больше о современном климате и сделать более точные прогнозы. Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом, представлены на конференции «Климат-2023. Изменения климата: Причины, риски, последствия, проблемы адаптации и регулирования».

Арктический климат — чувствительная система, исследования которой особенно актуальны в эпоху современного глобального потепления. Такие исследования могут базироваться на различных компонентах климатической системы, например облаках. Облачность играет важную роль в климате Арктики, поскольку она влияет на распределение тепла и энергии внутри системы. Также облака чувствительны к изменениям различных факторов. В Арктике такими факторами в первую очередь выступают морской лед (его толщина и протяженность), а также температура подстилающей поверхности.

Современные климатические исследования немыслимы без математического моделирования. Его данные позволяют ученым не только анализировать современную картину различных параметров, но и буквально заглянуть в будущее. При помощи моделей прогноза погода и климата специалисты также могут исследовать и облака в Арктике. Однако модели не всесильны. Моделирование климата основано на сложных расчетах и требует огромных вычислительных мощностей. Поэтому модели пока не могут абсолютно верно отображать реальную картину и, следственно, создавать прогнозы на будущее. Поэтому так важно проверять модели, то есть проводить сравнение между результатами модельных расчетов и реальной климатической ситуацией, которую ученые узнают по данным наблюдений. Именно сравнение моделей с данными наблюдений, а также сравнение моделей между собой позволяет выявить ошибки в рассматриваемых параметрах и наиболее верно отследить изменения климатических параметров, которые ожидаются в будущем.

В новом исследовании российские ученые из Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН совместно с немецкими учеными из Института полярных исследования Альфреда Вегенера сравнили данные об облачных и радиационных характеристиках атмосферы Арктики, полученных по данным региональных моделей проекта Arctic-CORDEX и ECHAM6. Также климатологи сравнили данные моделирования с данными спутникового зондирования и наземных измерений, полученных в ходе экспедиционных исследований и с помощью дрейфующих станций Северный Полюс.

Результаты анализа данных моделирования выявили не только различия между моделями, но также и различия между модельными оценками и данными наблюдения. Эти различия ученые связывают с разными исходными данными, которые устанавливаются в моделях, а также с погрешностями в самих спутниковых и наземных наблюдениях. Например, спутникам очень сложно точно распознавать Арктическую ледовую и снежную поверхность из-за ее высоких отражающих свойств. Белый яркий снег или лед часто сливаются с бликами морского волнения, из-за чего значения рассчитываются спутниками неверно. Данные наземных наблюдений часто неравномерны и сами приборы порой могут выходить из строя.

По итогам исследования ученые выяснили, что соответствие данных моделей и наземных наблюдений выше всего над открытой водой или полностью ледовой поверхностью. Больше всего результаты различались над областями с промежуточными концентрациями льда. Также в зависимости от изначальных условий на концентрацию льда и поверхностную температуру, которые задаются в моделях, оценки будущего состояния облачности и радиационных характеристик могут кардинально отличаться. Например, для моделей, которые предполагают, что в Арктике будет много мощных морских льдов и относительно низкая температура морской поверхности, оценки диаметрально отличаются от сценария ожидаемого потепления.

«Прогнозирование климатических изменений невозможно без математических моделей, для запуска которых необходимо большое количество разнообразных данных: от данных станционного мониторинга погодных условий до данных самолетных измерений и спутникового зондирования. К сожалению, в Арктике крайне затруднены наземные измерения — они практически невозможны из-за продолжительной полярной ночи и редкой наземной сети полярных станций. Поэтому в своей работе мы обращаемся к данным спутников, а также всем другим доступным источникам информации для того, чтобы выявлять различия между разными моделями, учитывать их недостатки. В будущем это позволит улучшить качество прогнозов погоды, а также позволит более точно прогнозировать климат, включая прогноз таких параметров, как облачность и радиационные потоки», — рассказывает участник проекта Александра Нарижная, младший научный сотрудник Института физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук.

Текст: Захар Слуковский

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».