Науковці виявили фундаментальну проблему в кліматичних моделях через похибки вимірювань

Нове дослідження виявило суттєву проблему в методології кліматичного моделювання, яка ставить під сумнів точність довгострокових кліматичних прогнозів. Проблема полягає в накопиченні похибок вимірювання сонячного випромінювання протягом послідовних обчислювальних циклів моделі.

У дослідженні розглядається покрокова кліматична модель Землі з часовим інтервалом 30 хвилин. Модель використовує постійне значення загального сонячного випромінювання 1361 Вт/м². Однак існує абсолютна похибка вимірювання цього значення в межах ±0,5 Вт/м², що пов'язана з обмеженнями вимірювальних приладів. Відповідне середнє геометричне глобальне значення становить 340 Вт/м² з похибкою ±0,13 Вт/м².

Ця епістемічна невизначеність впливає на зміну радіаційного форсингу на кожному кроці обчислень. Оскільки результати кожного кроку, включаючи температуру поверхні, передаються до наступного, невизначеність накопичується протягом усієї серії обчислень. При цьому альбедо розраховується як змінна величина на кожному часовому кроці.

Використовуючи безфідбековий перехідний відгук температури поверхні на радіаційний форсинг 0,2 К/(Вт/м²), дослідники визначили, що невизначеність глобальної середньої температури поверхні через рік після ініціалізації моделі становить приблизно ±3,44 К. Це значення враховує лише накопичення числової невизначеності через кроки обчислень, не беручи до уваги фізичні ефекти демпфування зворотних зв'язків або теплової інерції.

Дослідники підкреслюють, що навіть досконалі моделі, які виконують бездоганні фізичні розрахунки, не зможуть забезпечити достатню роздільну здатність результатів через принципові обмеження вимірювань.

Важливо зазначити, що Земля має природні механізми регулювання енергетичного балансу. Зокрема, лід відіграє ключову роль у контролі поглинання та втрати енергії. Коли сонячне електромагнітне випромінювання на верхній межі атмосфери досягає 425 Вт/м², а температура поверхні океану сягає 30°C, утворюється відбиваючий лід у небі. Натомість морський лід формується, коли температура поверхні океану опускається до -1,7°C, що зазвичай відбувається при сонячному випромінюванні близько 220 Вт/м².

Таким чином, існує вузький допустимий температурний діапазон від -1,7°C до 30°C. Ці межі активно проявляються десь на планеті щодня протягом року. Енергетичний баланс Землі є результатом саморегулюючої системи. Хоча цей діапазон міг бути ширшим або вужчим, оскільки межі залежать від атмосферного тиску, він залишався відносно стабільним протягом 4 мільярдів років.

Результати дослідження вказують на необхідність перегляду методології кліматичного моделювання та врахування невизначеностей вимірювань при формуванні довгострокових прогнозів. Це особливо важливо для розуміння обмежень наших можливостей у прогнозуванні кліматичних змін та розробці відповідних стратегій адаптації.