Обзор Всемирной программы исследований климата: определение повестки дня в области исследований климата в XXI веке

Дама-командор Джулия Слинго, бывший главный научный сотрудник, Метеорологическое  бюро Соединенного Королевства

С 1990 года и с момента опубликования Первого доклада об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) десятки тысяч учёных объединили свои усилия, чтобы предоставить последние научные данные о том, что климат Земли меняется и что бóльшая часть наблюдаемого изменения связана с деятельностью человека. Никогда прежде так много учёных не выражали готовность координировать и направлять свои ресурсы для решения глобального вопроса, имеющего такое огромное значение для общества и экономики. Статистические данные впечатляют. Для выпуска Пятого оценочного доклада МГЭИК сообщество подготовило 2 петабайта данных, полученных в результате моделирования, и свыше 850 учёных из 55 стран просмотрели более 9 200 опубликованных статей по физическим аспектам науки о климате. Именно на основе этого доклада в Париже в 2015 году свыше 190 стран подписали соглашение об ограничении глобального потепления до 2 °С, а по возможности — и до 1,5 °С.

Гораздо менее известно то, что ничего из вышесказанного не было бы возможно без Всемирной программы исследований климата (ВПИК). Разработка, согласование и распространение сценариев по изменению климата, которые подкрепляют оценки МГЭИК, осуществлялись под руководством ВПИК. Её деятельность оказала огромное влияние на науку об изменении климата и позволила многочисленному сообществу учёных участвовать в процессе МГЭИК.

ВПИК была создана в 1980 году при совместной финансовой поддержке ВМО и Международного совета научных союзов (МСНС). В 1993 году спонсором также стала Межправительственная океанографическая комиссия (МОК) ЮНЕСКО. С самого начала ВПИК стала уделять основное внимание физическим аспектам современной науки о климате. Её миссия состоит в том, чтобы определить степень прогнозируемости климата и степень влияния человека на климат.

ВПИК не финансирует исследования напрямую, но играет уникальную роль в поддержке и интеграции климатических исследований в тех областях, где международная координация способствует научному прогрессу, который, в противном случае, был бы невозможен. Она функционирует путём взаимодействия с международным сообществом учёных-климатологов и обеспечением их ответственного подхода к её программе работы, гарантируя, в свою очередь, пользу для участников от вовлечения в деятельность ВПИК. Сообщество широко и активно участвует во ВПИК, а ВПИК пользуется признанием и ценится за то, что даёт возможность работать сообща для еще бóльшего процветания науки. Объединяя усилия международного сообщества, ВПИК служит в качестве мощного подспорья для получения финансирования для исследований из национальных источников. Например, Шестой оценочный доклад МГЭИК, который планируется опубликовать в 2020 году, будет опираться на исследования, получившие финансирование в размере более 4 млрд долларов США из национальных источников.

Спонсоры ВПИК провели широкий обзор программы в преддверии 40-летней годовщины, чтобы убедиться в её эффективности в удовлетворении потребностей XXI века в климатической информации во всех пространственных и временных масштабах. В этом обзоре, опубликованном в сентябре 2018 года, даётся ряд рекомендаций относительно того, как ВПИК и её спонсоры должны планировать будущее программы и гарантировать дальнейшее развитие фундаментальных климатических исследований для обеспечения прогресса и удовлетворения потребностей общества.

ВПИК востребована как никогда ранее

Исходя из Парижского соглашения можно возникнуть соблазн заключить, что климатические исследования дают ответы — планета теплеет, и это связано с нами — и всё, что нужно сейчас, — это достижения в области технологии, чтобы решить проблемы, связанные с  источниками и воздействиями этого потепления. Напротив, в обзоре утверждается, что ключевые, основообразующие научные знания о климате, которые помогает получить ВПИК, необходимы больше, чем когда-либо ранее. Острая потребность общества в решении проблем, связанных с воздействиями изменения климата (Парижское соглашение), со смягчением риска бедствий и повышением устойчивости к ним (Сендайское соглашение), а также с обеспечением устойчивого развития на нашей планете (Цели в области устойчивого развития ООН) повышает важность климатических исследований, координируемых ВПИК.

Сегодня мы живём в условиях глобальной экономики, полагаясь на международную торговлю, эффективные транспортные системы, а также на стабильное и надёжное обеспечение продовольствием, энергией и водой. Все эти системы уязвимы к влиянию неблагоприятной погоды и климата. Дополнительные трудности, связанные с изменением климата, создают новые обстоятельства и ставят новые задачи. В течение грядущего столетия подверженность рискам, вызванным колебаниями и изменениями климата, будет осложняться ростом населения, увеличением урбанизации и потребностями населения планеты в продовольствии, воде и энергии. Нам необходимо создавать более устойчивые общества, которые лучше подготовлены к погодным и климатическим рискам. Нам необходимо помогать правительствам и предпринимателям делать правильный выбор относительно будущих инвестиций в адаптацию. Мы должны руководить проведением в жизнь политики смягчения во избежание опасного изменения климата. Без надёжной опоры на науку о климате ни одна из этих сложных задач не может быть решена полноценно, экономически эффективно и с прицелом на будущее.

Потребность в бесшовном подходе к прогнозированию погоды и климата

С момента создания ВПИК наука о климате получила значительное развитие. Успехи в фундаментальной науке, в наблюдениях за климатической системой и в комплексном моделировании в сочетании с новейшими технологиями, такими как спутники и суперкомпьютеры, радикально изменили наше понимание погоды и климата в условиях, в которых мы живём. Эти успехи позволили нам всё более успешно прогнозировать будущее поведение погоды и климата. В настоящее время наука о климате задействует множество разных дисциплин, выходящих за рамки метеорологии, таких как океанография, химия, биология и многие другие. Климатические модели больше не рассматривают просто физическую климатическую систему, а все больше включают процессы в системе Земля, такие как углеродный цикл.

В то же время потребность в климатической информации во всех пространственно-временных масштабах привела к признанию того, что наука о погоде является фундаментальной по отношению к науке о климате и что та же фундаментальная метеорология лежит в основе обеих наук. Всё большее значение будет приобретать более бесшовный подход к прогнозированию погоды и предсказанию климата. К тому же мы знаем, что наибольшее влияние изменения климата будет ощущаться через погодные явления со значительными воздействиями и последствиями, такие как паводки, штормовые нагоны и волны тепла. Поэтому необходимо более тесное сотрудничество между двумя сообществами при большей согласованности их деятельности в области фундаментальных исследований, разработки моделей и прогнозов.

Традиционно ВПИК организует свою деятельность вокруг четырёх ключевых проектов, каждый из которых нацелен на исследование одного из фундаментальных элементов системы Земля — атмосферы, суши, океана и льда (криосферы). Эти проекты принесли пользу обществу, приведя к беспрецедентным достижениям, таким как понимание химии и динамики озоновой дыры, способность наблюдать, понимать и прогнозировать Эль-Ниньо и оценка вклада таяния ледников и ледяного покрова в повышение уровня моря. Однако в обзоре сделан вывод о том, что структура и задачи этих проектов, возможно, уже утратили свою актуальность в эпоху, когда необходим более комплексный научный подход к изучению системы Земля и бесшовный научный подход к прогнозированию погоды и климата. Сегодня обществу требуются научные знания и обслуживание в масштабах от глобального до местного.

Основная миссия остаётся неизменной

Направления деятельности, сформулированные в рамках первоначальной миссия ВПИК — определить степень предсказуемости климата и степень влияния человека на климат — должны остаться основными направлениями деятельности будущей ВПИК. Для их обеспечения требуется комплексный взгляд на климатическую систему, который сводит воедино отдельные компоненты климатической системы, и анализ синергетических связей между погодой, изменчивостью и изменением климата.

При ответе на первый вопрос — до какой степени можно предсказывать климат? — мы теперь знаем о существовании многих факторов изменчивости климата в масштабах от месяца до десятилетия, которые не ограничиваются только океанами, но включают солнце и другие компоненты климатической системы. Поиск предсказуемых сигналов означает, что нам необходимо включать все эти компоненты в наши прогностические системы и выяснять, как каждый из них взаимодействует с целой системой, усиливая или ослабляя  предсказуемость. Атмосфера и океан являются динамическими жидкими средами, которые могут передавать сигналы из одной части системы во многие другие отдалённые места по всему земному шару. Выявление едва различимой динамики климата, связанной с факторами, известными как дальние корреляционные связи и моды изменчивости, остаётся трудноразрешимой проблемой, но прогресс в решении этой проблемы крайне важен для понимания подверженности погоды и климата резким колебаниям по мере потепления нашей планеты.

Второе основное направление деятельности ВПИК связано с определением степени влияния человека на климат и подразумевает ряд фундаментальных вопросов относительно чувствительности климата и того, как наше понимание этой чувствительности будет меняться по мере нашего рассмотрения новых обратных связей в системе Земля, например, углеродного и азотного циклов и таяния вечной мерзлоты. Поскольку частота экстремальных метеорологических и климатических явлений растёт из года в год, возникают неизбежные вопросы о влиянии изменения климата. Методика установления обоснованных причин для конкретных явлений пока еще находится в зачаточном состоянии. Наука в этой области сталкивается с определёнными трудностями, однако достижение прогресса будет иметь существенное значение для принятия решений относительно инвестиций в действия по адаптации и для создания более устойчивого общества. Безусловно, ВПИК должна продолжать играть ключевую роль в МГЭИК, обеспечивая координацию разработки, предоставления и оценки климатических сценариев. Она будет опираться на последние достижения в области науки и моделирования, чтобы направлять разработку политики в области адаптации и смягчения последствий и поддерживать международные соглашения по снижению выбросов.

Для выполнения своей основной миссии ВПИК необходимо обеспечить опору на третье основное направление деятельности, касающееся фундаментальных исследований процессов в системе Земля в разных временных масштабах. Например, она должна обеспечить сквозное рассмотрение процессов во временных масштабах от быстрого масштаба, характерного для упорядоченной конвекции кучевых облаков, до медленного масштаба, характерного для динамики растительного покрова и таяния ледяного покрова. В основе этой деятельности — признание того, что понимание мелкомасштабных процессов с помощью наблюдений, полевых экспериментов и моделирования крайне важно для разработки параметризации для более крупного масштаба. Она должна гарантировать, что модели климата и системы Земля обеспечивают надёжные и обоснованные расчёты, прогнозы и сценарии. Именно здесь связи с сообществом учёных-метеорологов и прогнозистов будут весьма ценными. Они решают многие проблемы в области науки и моделирования, схожие с проблемами, которыми занимаются другие сообщества, но имеют преимущество в том, что могут тестировать модели в прогностической среде. 

Эти три сохраняющих актуальность основных направления призваны обеспечить долгосрочные экспертные знания и возможности. В то же время крайне важно, чтобы ВПИК в рамках международного сотрудничества безотлагательно занялась ключевыми научными проблемами явной социальной значимости в связи с их особым влиянием и с тем, что они играют роль факторов, влияющих на формирование политики. В этой связи ВПИК будет поддерживать ряд крупных, но ограниченных по времени, комплексных научных проектов. Возможные примеры:

• региональный подъём уровня моря, воздействие на прибрежные территории и города;
• метеорологические и климатические экстремальные условия в настоящее время и в будущем;
• гидрологический цикл и продовольственные корзины мира;
• судьба Антарктического и Гренландского ледяных щитов.

Эти проекты позволят ВПИК поддерживать портфель динамично развивающихся исследований, сотрудничать с более широкой группой учёных, а также вызывать энтузиазм и содействовать развитию следующего поколения лидеров в сфере науки.

Продвижение науки

В обзоре чётко указано, что сила ВПИК должна по-прежнему заключаться в её особом внимании к фундаментальной, основополагающей науке. В её функции не входит предоставление конечной продукции и обслуживания. Это могло бы нивелировать основной акцент её деятельности. Однако ей следует продолжать поддерживать активный диалог с пользователями её научных знаний и с заинтересованными сторонами. Это принесёт много пользы. ВПИК сможет чётко артикулировать ценность своих основных научных знаний для удовлетворения потребностей общества и предоставить пользователям доступ к новейшим научным разработкам с тем, чтобы они соответствующим образом могли определить, какое обслуживание им необходимо. 

Масштаб необходимой в настоящее время отрасли может поставить под большую угрозу будущее ВПИК и всё сообщество учёных-климатологов. Моделирование является важнейшим средством получения научно обоснованной информации о климате, при этом разработка моделей по-прежнему остается сложным направлением для того, чтобы структуры, финансирующие научные исследования, уделяли ей первоочередное внимание и проявляли активность в этой области. Климатические модели всегда требовали большого объёма вычислений. На протяжении нескольких десятилетий от вычислительных возможностей зависел уровень сложности моделей и тип моделирования, которое можно осуществлять. Существует совсем немного наук, где прогресс может быть настолько тесно связан с увеличением суперкомпьютерной мощности.

Необходим мощный импульс, чтобы разрабатывать модели с учётом новых приоритетов, касающихся бесшовного подхода к научным исследованиям погоды, климата и системы Земля, полностью сопряжённого моделирования с высоким разрешением и развития эксафлопсных вычислений. Это подразумевает создание нового поколения программных кодов. ВПИК может сыграть важнейшую роль в поддержке сообщества, продвигая науку для обеспечения следующего поколения моделирования системы Земля и предоставляя форум для сотрудничества с разработчиками эксафлопсных компьютеров с выгодой для всех.

В заключение отметим, что в обзоре дана высокая оценка ВПИК за её многолетний и жизненно важный вклад в международные климатические исследования. Однако вместе со своими спонсорами она должна сейчас планировать своё будущее для того, чтобы фундаментальные климатические исследования продолжали успешно развиваться и обеспечивать потребности общества при решении сложных проблем XXI века. Действуя в качестве общепризнанного международного коллективного представителя учёных-климатологов, ВПИК играет важнейшую информационно-разъяснительную роль, стратегически взаимодействуя с финансирующими научные исследования структурами и правительствами, чтобы обеспечить доступ общества к самым качественным научным данным. С появлением комплексного моделирования системы Земля, бесшовного подхода к прогнозированию погоды и климата, более успешного и надёжного прогнозирования климата, растущих потребностей в более широком диапазоне проекций климата от глобальных до локальных для принятия мер по повышению устойчивости, адаптации и смягчению последствий ВПИК востребована как никогда ранее.