Понедельник, 3 июля 2023 года, стал самым жарким днем на планете за всю историю наблюдений. Но уже во вторник рекорд был побит. Средняя температура по планете добралась до 17,18 градуса Цельсия и продержалась два дня. Это значит, что скоро будет совсем невиданная жара? «Холод» объясняет, как это вообще измеряют и зачем.
Чтобы не пропускать главные материалы «Холода», подпишитесь на наш инстаграм и телеграм.
Ведра и глобальное похолодание
Чтобы вычленить влияние человека на колебания глобальной температуры, ученые поступают так: они берут данные наблюдений, а потом вычитают из них те колебания, которые были отнесены на счет естественных факторов. То, что останется, — влияние цивилизации.
Источник: Birkel, S.D. 'Daily 2-meter Air Temperature', Climate Reanalyzer, Climate Change Institute, University of Maine, USA.
Климатологи обработали таким образом данные о температуре с 1880 по 2000 год и увидели, что после вычета естественных факторов температура постоянно росла, но не непрерывно: в некоторые годы график резко падал (а потом продолжал рост). Для всех таких падений быстро нашлось объяснение: они были связаны с извержениями вулканов, в частности с извержением вулкана Пинатубо в июне 1991 года. Во время извержений в верхних слоях атмосферы оказывается огромное количество вулканического пепла, который задерживает солнечное излучение и охлаждает поверхность планеты.
Но не удалось найти объяснение только самому заметному падению температуры — в 1945 году. Версия о связи похолодания с ядерной бомбардировкой Хиросимы и Нагасаки была отвергнута: эти события вместе не могли дать эффект больше 0,03 градуса, тогда как падение было в 10 раз больше.
Климатологи начали разбираться — и увидели еще одну странность. Средняя глобальная температура подсчитывается исходя из данных измерений температуры в океане и на суше. Так вот: в континентальных данных никакого падения не оказалось. И ученые поняли, что дело в какой-то систематической ошибке измерений — и ее причиной оказались ведра.
Данные о температуре воды в океане метеорологи получали в основном с кораблей, и с началом Второй мировой войны резко изменилось соотношение данных, получаемых с судов британского флота и флота США. Американцы начали поставлять около 80% данных, а британцы — только 5%. С августа 1945 года, когда война закончилась, соотношение снова изменилось: 50% измерений теперь передавали британцы, а 30% — американцы.
Причина оказалась в разной методике: британские моряки поднимали забортную воду для измерений с помощью ведер, американские — мерили температуру воды, которая подавалась для охлаждения двигателей. В первом случае вода оказывалась в среднем чуть холоднее, во втором за счет тепла двигателя — чуть теплее. Британские ведра и создали «глобальное похолодание» второй половины 1940-х годов.
Беречь от солнца, ветра и дождя
Эти искажения легко скорректировать и увидеть, что происходит с климатом в реальности. Но всего 150 лет назад мы бы просто не узнали о глобальном потеплении — и о вчерашнем температурном рекорде тоже. Метеорологическими измерениями люди занимались и раньше, но эти данные не складывались в общую картину: метеостанций было мало, методики измерений были разными, как и сами измерительные приборы.
Представьте себе, что вам присылают данные о температуре, но вы не знаете, как именно они получены, в какое время дня снимались показания, защищен ли был термометр от прямых солнечных лучей или от ветра. Как можно их сравнивать, как можно их усреднять? А если добавить, что у вас со временем меняется число метеостанций, к ним добавляются результаты наблюдений с метеозондов, со спутников, меняется точность измерений? Поэтому средняя температура по планете в конечном счете — результат огромной работы, в которой не только очень много измерений, но еще и очень много математики.
Сейчас простейшая процедура измерения температуры воздуха на метеостанциях строго регламентирована: термометры должны находиться в специальных будках на высоте два метра, где они защищены от осадков, солнечных лучей и сильного ветра.
Все метеостанции мира измеряют температуру одновременно, раз в три часа, начиная с полуночи по Гринвичу. Максимальная и минимальная температура измеряется отдельно раз в 12 часов специальными термометрами, которые фиксируют именно минимальные или максимальные значения.
Сейчас климатологи используют данные десятков тысяч наземных метеостанций (здесь вы можете посмотреть исторические данные с них). Например, в последней версии датасета NOAAGlobalTemp, созданного американским метеорологическим ведомством NOAA, — информация с 26 тысяч метеостанций на суше. Но этого мало: сюда же входят данные с кораблей, со множества измерительных буев; наконец, данные о температуре поверхности получают со спутников, например с радиометров MODIS на американских спутниках Terra и Aqua (больше известных данными о пожарах).
Собрать все эти данные в единый массив, пересчитать с учетом их разного происхождения, учесть все погрешности, откалибровать и «сшить» со «старшими» массивами данных, собранных в прежние годы, причем так, чтобы не возникало искусственных «похолоданий» и «потеплений», — крайне непростая задача.
Для проверки и калибровки ученые используют метод повторного прогноза (reforecasting): опираясь на данные нового датасета, пытаются спрогнозировать погоду, а затем сравнить, насколько вычисленная отличалась от реальной.
Рекорд средней глобальной температуры за день, который мы увидели в среду в сервисе Climate Reanalyzer, получен с помощью климатической прогнозной системы CFS (Climate Forecast System) американского центра прогнозов NCEP. Именно с ее помощью была получена средняя глобальная температура воздуха (на высоте два метра) на каждый прошедший день 2023 года.
Датасет, на который опирается модель, собран из двух «склеенных» друг с другом фрагментов — за период с января 1979 по март 2011 года и с апреля 2011 года по настоящее время. В него включены данные с наземных метеостанций, зондов и спутников с интервалом в час и пространственным разрешением полградуса широты на полградуса долготы (то есть модель считает, что температура внутри этого квадрата одинакова).
В качестве базового значения — среднего, от которого отсчитываются отклонения — используются усредненные измерения за период с 1979 по 2000 год. От этого среднего рекордное значение 4 июля (17,18 градуса Цельсия) отличается на 0,98 градуса. Прежний рекорд был поставлен 13 августа 2016 года (16,92 градуса) и повторен 24 июля 2022 года.
Рекордно высокая средняя глобальная температура не обязательно означает, что в какой-то точке в этот день была измерена рекордная (для этого дня и для этого места) температура, хотя это не исключено. Абсолютный рекорд планеты остается прежним: температура в 56,7 градуса выше нуля была измерена 10 июля 1913 года в Долине Смерти в Калифорнии.
Но можно определенно сказать, что нынешний рекорд — это не результат чрезвычайно жаркого лета. Это необычно теплая зима — в Южном полушарии. Если посмотреть на среднюю температуру по полушариям, то можно увидеть, что рекорд для Северного полушария еще не перекрыт, зато в Южном полушарии, где сейчас зима, температура выше базового среднего значения на 1,01 градуса.
Рекордный день, рекордный месяц, рекордный год
Впрочем, климатологов вряд ли будет волновать рекордно теплый день: это всего лишь еще один симптом, который указывает на потепление климата, и у этого потепления есть и более заметные, и более существенные симптомы. Рекорд температуры в одной точке или за один день может быть флуктуацией, случайным выбросом, однако вероятность того, что флуктуацией может быть постоянный рост среднегодовой глобальной температуры в последние десятилетия, исчезающе мала.
В рекордно жарком 2016 году превышение температуры над средним значением за период с 1951 по 1980 год достигло 1,02 градуса, в 2020 году рекорд повторился. Метеорологи ожидают, что уже в ближайшие пять лет абсолютный рекорд обновится — под влиянием климатического феномена Эль-Ниньо, о начале которого Всемирная метеорологическая организация объявила на днях. Это повышение температуры поверхности воды в экваториальной части Тихого океана, которое влияет на погоду и климат значительной части планеты, провоцируя засухи и ураганы. Наблюдения показывают, что рекордно высокая годичная температура может быть достигнута через год после начала Эль-Ниньо.
Источник: Copernicus Climate Change Service/ECMWF
Климатологи считают, что скоро температура на Земле приблизится к значениям, которые наблюдались в микулинский (эемский) межледниковый период — о тогдашней температуре мы знаем благодаря анализу льда той эпохи в Гренландском ледовом щите. «Есть вероятность, что июль будет самым жарким. Самым — в смысле со времен эемской эпохи, которая была около 120 тысяч лет назад», — говорит Карстен Хаустайн из Университета Лейпцига.
