Чернее снега: ученые нашли недостающее звено в климатических моделях

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Ледяной щит Гренландии — это замерзший гигант, хранящий в себе огромные запасы пресной воды. Его таяние, вызванное глобальным изменением климата, представляет серьёзную угрозу для всего мира, суля повышение уровня моря и затопление прибрежных территорий. Ученые прилагают огромные усилия, чтобы спрогнозировать масштабы этого процесса, однако точность прогнозов до недавнего времени оставляла желать лучшего.


Одним из слабых звеньев климатических моделей было несовершенное моделирование альбедо — способности поверхности отражать солнечный свет. Упрощенные модели не учитывали в должной мере влияние «голого» льда, который обнажается после таяния снежного покрова. А ведь именно он, впитывая в себя солнечное тепло, может значительно ускорять таяние ледника.

Грязный лед, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Новая эра моделирования: взгляд на «грязный» лёд

Группа учёных из США сделала прорыв в этом направлении, представив миру результаты своего исследования, опубликованные в Journal of Geophysical Research: Atmospheres. В центре их внимания оказался именно «голый» лёд и факторы, влияющие на его отражающую способность.

Впервые была создана детальная карта, демонстрирующая динамику изменения альбедо «голого» льда на всей площади ледяного щита Гренландии. Для её создания учёные проанализировали данные, собранные спутником MODIS за 21 год (2000-2021), и применили инновационный подход к их обработке.

Схема модели SNow, ICe и Aerosol Radiation Adding-Doubling Version 4 (SNICAR-ADv4) колонки наземного льда (справа, использована в данном исследовании) в сравнении с обработкой наземного льда по умолчанию в ELM (слева). SNICAR-ADv4 использует слои наземного льда в ELM и предписывает оптически значимые физические свойства льда путем инвертирования данных альбедо спектрорадиометра Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MCD43A3 band 2 и band 8). Новое альбедо голого льда меняется в зависимости от зенитного угла солнца, физических свойств льда и наличия поглощающих свет компонентов, в данном случае ограниченных черным углеродом.
Автор: Whicker-Clarke, C. A., Antwerpen, R., Flanner, M. G., Schneider, A., Tedesco, M., & Zender, C. S. (2024). The effect of physically based ice radiative processes on Greenland ice sheet albedo and surface mass balance in E3SM. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 129, e2023JD040241. https://doi.org/10.1029/2023JD040241 CC-BY 4.0 Источник: agupubs.onlinelibrary.wiley.com

Ключевой особенностью исследования стало учёт так называемого «эффекта загрязнения». Дело в том, что «голый» лёд далеко не всегда представляет собой привычную нам картину белоснежной глади. На его поверхности скапливаются различные загрязняющие вещества: сажа от лесных пожаров, пыль, принесённая ветром, остатки водорослей. Все эти факторы, делая лёд более тёмным, увеличивают его способность поглощать солнечное тепло, а значит, ускоряют таяние.

Пугающие прогнозы и луч надежды

Результаты исследования оказались впечатляющими. Оказалось, что традиционные модели значительно переоценивали отражающую способность ледяного щита Гренландии, игнорируя «эффект загрязнения».

Включение новых данных в климатическую модель E3SM привело к корректировке прогнозов относительно повышения уровня Мирового океана. Согласно расчётам, таяние «загрязнённого» льда может привести к дополнительному подъёму уровня воды на 0,4 мм за 21 год.


Сравнение альбедо спектрорадиометра с формированием изображений умеренного разрешения (MODIS) со схемой ELM по умолчанию и схемой SNow, ICe и Aerosol Radiation модели Adding-Doubling Version 4 (SNICAR-ADv4). Сравнение альбедо (a-e) коротковолнового (0,3-5 мкм) широкополосного альбедо (BBA), (f-j) видимого (0,3-0,7 мкм) и (k-o) инфракрасного (0,7-5 мкм). Слева направо в каждом ряду: альбедо MODIS (a, f, k), альбедо ELM по умолчанию (b, g, l), альбедо ELM с поддержкой SNICAR-ADv4 (c, h, m), разница между альбедо ELM по умолчанию и MODIS (d, i, n), и разница между альбедо ELM с поддержкой SNICAR-ADv4 и MODIS (e, j, o). На графиках разности красные значения указывают на то, что альбедо, смоделированное ELM, больше, а синие — на то, что альбедо MODIS больше. Моделирование ELM с использованием SNICAR-ADv4 точно воспроизводит измерения альбедо MODIS (в пределах 0,007 от альбедо MODIS).
Автор: Whicker-Clarke, C. A., Antwerpen, R., Flanner, M. G., Schneider, A., Tedesco, M., & Zender, C. S. (2024). The effect of physically based ice radiative processes on Greenland ice sheet albedo and surface mass balance in E3SM. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 129, e2023JD040241. https://doi.org/10.1029/2023JD040241 CC-BY 4.0 Источник: agupubs.onlinelibrary.wiley.com

Цифра кажется небольшой, однако в масштабах планеты речь идёт об огромных объёмах воды.

Работа американских учёных — это не только повод для опасений, но и луч надежды. Созданный ими алгоритм, учитывающий влияние «загрязнённого» льда, позволит существенно повысить точность климатических моделей и сделать их более адекватными реальности.

Это даёт учёным мощный инструмент для прогнозирования последствий изменения климата и разработки эффективных мер по его сдерживанию.