Динаміка глобальної температури за останні 150 років (зображення зі звіту робочої групи 1 Міжурядової групи експертів із зміні клімату)
Масштаб змін глобального клімату за останні десятиліття й роль людини в них є зараз одним із самих гаряче обговорюваних наукових питань. Земний клімат - надзвичайно складна нелінійна система із численними петлями зворотного зв'язку, динаміка якої далеко не очевидна. Дотепер немає остаточного розуміння, які зміни клімату є причиною, а які - наслідком, і чи про всі зв'язки в природі знають учені. Проте наявні на сьогодні кліматичні дані вже достатні для того, щоб впевнено говорити: людина дійсно впливає на клімат у глобальному масштабі, і цей вплив тільки підсилюється в останні роки.
Найбільш сильним аргументом на користь такого висновку зараз вважаються результати комп'ютерних розрахунків клімату в рамках моделі загальної циркуляції атмосфери й океану (МОЦАО). Результати моделювання досить успішно описують самі різні палеокліматичні ситуації, про які у вчених є дані, однак вони не можуть описати клімат XX століття, обмежуючись тільки природними процесами. Якщо ж у них додати антропогенну складову, то дані спостережень відтворюються добре.
На це можна заперечити: оскільки дотепер немає повного детального розуміння, як різні природні процеси впливають один на одного, результат такого моделювання не можна вважати абсолютно достовірним. Звичайно малоймовірно, але раптом існує якийсь хитрий і неврахований в моделях зв'язок між атмосферою, океаном, біосферою, космосом і ще чим-небудь, що повністю змінить результати моделювання? Чи можна в цьому випадку довіряти висновкам про те, що антропогенна складова дійсно існує?
Так, можна, і днями вчені одержали нове підтвердження цьому. У журналі Physіcal Revіew Letters з'явилася стаття Пабло Вердеса (Pablo Verdes) з Інституту фізики навколишнього середовища (Іnstіtute of Envіronmental Physіcs) у Гейдельберзі, у якій доводиться, що цей висновок можна зробити на основі одних лише спостережливих даних, без яких-небудь апріорних припущень про динаміку клімату.
Для доказу цього автор скористався недавно розробленим їм разом з колегами варіантом нелінійного аналізу тимчасових рядів. Для початку він взяв графік глобальної температури за останні 150 років і два змінних природних фактори, що роблять основний вплив на температуру: сонячну активність і вулканічні викиди в атмосферу. Ці дані він подав на вхід штучної нейронної мережі, що на їхній основі побудувала "мінімальну природну модель" - тобто сама знайшла закон мінливості клімату, що якнайближче описує вихідний графік температур.
Наступним кроком автор "дозволив" нейронній мережі додавати в природну модель повільно мінливі в часі зовнішні впливи. Залежність впливу від часу споконвічно була невідома, нейронна мережа сама підшукувала таку його форму, що якнайкраще описувала б графік температур. Після того, як був знайдений оптимум, нейронна мережа видавала відповідь: графік додаткової зовнішньої сили.
Якою вийде відповідь, заздалегідь сказати було складно. Вона могла вийти, наприклад, майже нульовою - тобто нейронна мережа порахувала б, що ніяких зовнішніх сил додавати не треба. Це означало б, що сонячна активність і вулканічні викиди через якусь складну нелінійну залежність можуть породити зміни температур, що спостерігаються. Або зовнішній вплив можливо міг би бути більшим за 150-літній інтервал. Це означало б, що в природі дійсно існує якась неврахована раніше сила, що, однак, ніяк не пов'язана з індустріальною діяльністю людини.
Однак результат, отриманий Вердесом, виявився іншим. Зовнішня сила, що була майже нульовий сто років тому, росла усе швидше й швидше протягом усього XX століття, і особливо стрімко - останні сорок років. У межах погрішностей це збігається з очікуваним впливом людини на клімат, насамперед через викид парникових газів й аерозолів.
Таким чином, ця робота "вбиває відразу двох зайців". По-перше, вона підтверджує, що за допомогою одних тільки природних явищ, що швидко протікають, якими б складними вони не були, графік температур описати неможливо - потрібно обов'язково ввести додаткову силу. А по-друге, ця сила точнісінько збігається із темпами індустріального розвитку, що дозволяє ідентифікувати її з антропогенним впливом.
Автор впевнений, що цей висновок не є артефактом моделі, а з неминучістю витікає з даних спостережень. Для перевірки цього він використав різні методики обробки даних, а також у широких межах змінював вільні параметри свого алгоритму (точніше, архітектуру штучних нейронних мереж). У всіх цих випадках неухильно зростаючий антропогенний вплив на клімат незмінно був присутній.
Новий підхід до завдання не тільки незалежним образом підтверджує відчутний вплив людини на клімат, але й, як сподівається автор, може дозволити вченим просунутися в розумінні динаміки клімату. Крім того, це ще один цікавий приклад, коли чиста математика знаходить безпосереднє застосування в нашому житті.
|
ua
ru
