Молнии и пожары под разными внешними воздействиями: что показали расчеты модели Земной системы
В журнале «Фундаментальная и прикладная климатология» опубликовано научное исследование, посвящённое тому, как частота молний и площадь природных пожаров реагируют на изменение приземной температуры — и зависит ли эта реакция от типа внешнего воздействия на климатическую систему. Оригинальность работы в самой постановке задачи: обычно оценивают суммарный отклик на потепление, а здесь авторы разделили парниковые газы, сульфатные аэрозоли, изменение альбедо из-за землепользования, вулканические аэрозоли, изменения солнечной постоянной и совместное действие всех факторов. Такой анализ помогает понять, почему разные модели и наблюдения могут давать разные, иногда противоположные оценки чувствительности молний и пожаров к температуре.
Для расчётов использовалась модель Земной системы ИФА РАН промежуточной сложности. Она включает атмосферу, океан, морской лёд, деятельный слой суши, углеродный цикл и блок молниевой активности; в ней же рассчитываются природные пожары с учётом как молниевых, так и антропогенных источников возгорания. Авторы провели численные эксперименты для 1850–2014 гг. по протоколу «historical» проекта CMIP6, а затем анализировали современный период: 1996–2013 гг. для молний и 1997–2013 гг. для пожаров. Результаты сравнивались со спутниковыми данными о молниях LIS/OTD, данными о выгоревших площадях GFED4.1 и реанализом ERA5.
Для молний модель в целом правильно воспроизводит географию: максимумы приходятся на Африку, Амазонию и Юго-Восточную Азию. Но есть систематические ошибки — завышение частоты молний в тропиках и занижение в высоких широтах и над океанами. Средняя глобальная частота молний в экспериментах с совместным учётом всех воздействий и с учётом только парниковых газов оказалась близка к наблюдениям: около 43–46 вспышек в секунду против 44,8 по спутниковым данным. Однако главный результат связан не со средними значениями, а с чувствительностью: по наблюдениям глобальная оценка коэффициента чувствительности частоты молний к приземной температуре формально отрицательная — около -10,7±6,5 %/K, хотя статистически значима она лишь в относительно небольшом числе регионов. Модель же в большинстве экспериментов даёт положительный и статистически значимый коэффициент: например, около 8,3 %/K при всех воздействиях, 7,5 %/K при парниковых газах и 9,4 %/K при вулканических аэрозолях. Иными словами, глобальный знак чувствительности модель не воспроизводит. Лишь в отдельных регионах отрицательная связь между температурой и частотой молний появляется в эксперименте с сульфатными аэрозолями; авторы связывают это с их охлаждающим и иссушающим влиянием, которое подавляет конвекцию. Это важный вывод: региональные различия чувствительности могут определяться не только самой температурой, но и типом внешнего воздействия, прежде всего аэрозолями.
С природными пожарами картина схожая. Модель в целом воспроизводит среднегодовую площадь выгорания, но с заметными региональными ошибками. Глобальная площадь пожаров в расчётах составляет примерно 2,8–3,4 млн км², тогда как по GFED4.1 она оценивается в 4,3 млн км²; если исключить густонаселённые районы с плотностью более 15 человек на км², оценка по данным снижается до 2,9 млн км² и согласие улучшается. Это логично: в густонаселённых регионах значительная часть пожаров возникает не от молний, а от людей. Чувствительность площади выгорания к частоте молний в модели лучше всего совпадает с наблюдениями в экспериментах с антропогенными воздействиями — совместным, парниковым и связанным с землепользованием; в эксперименте с сульфатными аэрозолями она близка к нулю, а в эксперименте с изменением солнечной постоянной даже отрицательна. Авторы подчёркивают, что модель занижает межгодовую изменчивость, поэтому статистическая значимость модельных коэффициентов выше, чем по наблюдениям.
Главный вывод исследования состоит в том, что отклик молний и природных пожаров на климат нельзя описывать одним универсальным глобальным числом. Он зависит от региона и от того, каким именно внешним воздействием вызвано изменение климата. Модель промежуточной сложности оказалась полезной для таких экспериментов, поскольку позволяет разделить факторы, но её ограничения — грубое пространственное разрешение, упрощённый учёт аэрозолей и слабое воспроизведение естественной изменчивости климата — нужно учитывать при интерпретации. Практическая ценность работы в том, что она показывает: для оценок будущих пожарных рисков и изменений грозовой активности важно смотреть не только на среднее потепление, но и на аэрозольные сценарии и региональные особенности.
