Сейчас кажется особенно интересным, где находятся передовые научные, а не только общественные и политические представления о глобальном потеплении, что в политическом измерении кажется рациональным, а что нет, что наука знает с большой вероятностью, а что является научной проблемой.

Один из самых цитируемых российских физиков атмосферы и климатологов, старший научный сотрудник лаборатории теории климата Института физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН Александр Чернокульский (рассчитавший вместе со своей группой, в частности, связь наводнения в Крымске в 2012 году с потеплением), рассказал «Эксперту» о том, где передний край науки о климате, и о прогнозировании экстремальных погодных явлений.

Климат между наукой и политикой

— Мешает или помогает климатологии и вообще всему комплексу наук о Земле мощное политическое внимание к теме климата?

— Ученые и добивались внимания общества к теме. Давно, еще в 1970–1980-х годах они вышли из башни из слоновой кости и стали громко говорить об опасности климатических изменений. В политической сфере что-то началось в 2008 году, когда был принят Киотский протокол, в 2015-м — Парижское соглашение о климате, сейчас делаются все более чувствительные практические шаги. Но сколько лет прошло, пока ученых услышали?

— Полвека на изменение тренда в мировой общественной дискуссии?

— Все-таки лет тридцать, если считать с конца 1980-х, когда дискуссия стала заметной. Политики — Маргарет Тэтчер, Альберт Гор, не только ученые говорили об этом, но весь политический класс всего мира, все страны поняли, что надо что-то делать, только сейчас.

Непросто оставаться чистым и объективным исследователем, который изучает процессы и не выносит оценок. Я ученый, но еще и просто человек. У меня растет сын, и я понимаю климатические риски, с которыми его поколение столкнется в своей жизни.

Ученый должен быть корректным и не вмешиваться в политические баталии, я стараюсь оставаться на твердой научной почве, отделять научные результаты от мнений. Но когда мы рассказываем о результатах своих работ, трудно оставаться беспристрастным. Я, как ученый, стараюсь рассматривать все возможности развития событий, не быть популистом и алармистом. Но я понимаю, что без некоторой доли алармизма, может быть, общество и не удалось бы убедить в важности темы климатических изменений.

Кроме того, с точки зрения чистой науки политизированность темы помогает еще и потому, что в науку идут деньги. Но и у этого есть оборотная сторона: скажем, ученых обзывают «грантоедами». Но в какой-то момент привыкаешь и к этому.

— А конкретно углеродный налог и другие меры, которые заставляют компании и страны снижать выбросы CO2, — они рациональны или фокус политического воздействия выбран неточно?

— Нам надо снижать углеродный след — ученые это ясно понимают. Можно оценить, насколько надо снижать, до какого года. Но на этом заканчивается собственно физика, физика климата, а дальше начинается политика, экономика, сфера поиска технологий. И здесь у меня уже нет обоснованной научной позиции.

С одной стороны, на чаше весов экономические риски — риски голода, безработицы, а с другой — последствия климатических изменений.

Но я вижу, что, как только стало известно об углеродном налоге, в ЕС и у нас в России зашевелились. Только в этом году в России созданы карбоновые полигоны, раньше об этом и не думали, что, конечно, стыдно. У нас было всего до десяти вышек с пульсационными измерениями на всю страну, где мы могли с достаточной точностью измерять баланс парниковых газов, а весь мир был более или менее усыпан ими. Россия до создания карбоновых полигонов была на карте изучения углеродного цикла белым пятном, сравнимым с африканскими странами. И вот что-то сдвинулось.

Не исключено, что цель прагматическая — «прикрыться» нашими экосистемами, лесами, доказать относительно небольшой вклад России в накопление углерода в атмосфере. Но я, как ученый, конечно, приветствую появление карбоновых полигонов, потому что мы действительно будем лучше знать, где и как, с какой скоростью поглощаются и выделяются парниковые газы.

И уже понятно, что ничего не делать не получится. Даже вклад наших лесов в поглощение углекислого газа может меняться со временем. Есть работы, показывающие, что с ростом температуры лесные экосистемы будут наращивать дыхание, то есть больше выделять углекислоты, чем поглощать. Если мы сейчас добьемся учета наших лесов в глобальных расчетах углеродного баланса, все равно это не будет гарантировать спокойствия.

Я надеюсь, что в ближайшее время придет понимание необходимости и ограничения выбросов, и активной адаптации к уже происходящим и неизбежным изменениями климата, в том числе в деле прогнозирования участившихся опасных погодных явления типа ливней, шквалов, смерчей, наводнений. А для этого нам нужно достаточно финансировать гидрометеослужбу, сеть измерений и исследований. Мы отстаем от западных стран уже существенно, в том числе по количеству и качеству специалистов (потому что зарплаты мизерные), по техническому оснащению (радаров мало, компьютеры устаревают). И в этом смысле рост политического внимания к теме мне кажется позитивным.

Погода становится экстремальной

— Экстремальные погодные явления прямо связаны с климатическими изменениями? Скажем, жара этого лета — это погодное явление или  следствие глобального потепления?

— Само по себе одно явление — блокирующий антициклон — это, конечно, погода. А вот повторяемость блокирующих антициклонов в этом конкретном месте за какой-то промежуток времени — это уже климат. Что вы сегодня наденете, теплое пальто или легкую куртку, — это погода, а соотношение курток и пуховиков в вашем гардеробе — это климат.

— Так что подобные явления становятся чаще?

— Да, они становятся чаще, и они становятся более затяжными. Волны экстремальной жары — это одно из следствий изменения климата.

— А какие экстремальные погодные явления учащаются точно из-за изменений климата?

— Мы в своих работах показали, что растет риск смерчей в России, что в России изменилась структура осадков — общая сумма осадков теперь складывается больше из сильных ливней, чем из обложных осадков. У нас еще была большая статья с немецкими коллегами, в которой мы показали, что наводнение в Крымске в 2012 году, когда погибло 170 человек, прямо связано с глобальным потеплением. То есть понятно, что среди причин трагедии были и засоренность русла рек, и отсутствие надлежащего предупреждения (это тоже элементы адаптации к изменениям климата, их надо развивать). Но ливни сами по себе были связаны с потеплением Черного моря. Если бы температура Черного моря была как в 1970-е и тот циклон (который и принес дожди) проходил через более холодное море, таких сильных дождей не было бы в этом регионе. Июльская температура Черного моря в 1970-х была 21 градус, а в 2012-м — 23,5, рост на два с половиной градуса. Это всегда нелегко — связать единичное погодное явление с климатическими трендами, но нам удалось уверенно это показать, в 2015 году у нас вышла статья в Nature на эту тему. Три года нам потребовалось на то, чтобы посчитать и опубликовать эти данные, но в итоге мы уверены, что в условиях теплого Черного моря мы уже перешли в режим тропических ливней на черноморском побережье. Мне кажется, это очень важный научный результат, из которого должно многое следовать.

— Вы сказали, что растет риск смерчей. Это в России? Где же они?

— Группа под моим руководством показала, что мы существенно недооцениваем количество смерчей в России. Если раньше считалось, что их в стране порядка десяти в год, то мы выяснили, что в России 100–300 смерчей, причем от одного до трех в год — экстремально сильных, а десятки сравнимы с американскими торнадо. По спутниковым данным мы это нашли, использовали данные по лесным ветровалам. Мы видим огромный, экспоненциальный рост числа наблюдений смерчей от года к году. Но этот рост — инструментальный: просто мы лучше стали о них знать.

Подавляющее число сильных смерчей происходит в лесной зоне. Мы видим по снимкам из космоса характерный смерчевой ветровал, вытянутый (условно, как связка сосисок), и дальше мы смотрим по снимкам с высоким разрешением, как лежат деревья внутри этого ветровала. И если прошел шквал, то деревья лежали бы в том же направлении, куда дул ветер. А внутри смерчевого потока они закручены против часовой стрелки. Плюс очень много дало, конечно, распространение смартфонов, мобильного интернета и социальных сетей: кто-то увидел, сфотографировал, выложил в сеть — мы это нашли, провели опрос очевидцев и добавили в базу.

Иногда, хотя и редко (наша страна «заселена» в основном лесами), смерчи проходит и через населенные пункты. Можно вспомнить, как в Рузском районе Московской области 13 июля 2016 года был смерч — третья категория. Потом небольшой смерч мы в Сокольниках нашли в ту же ночь. В 1984 году самый сильный у нас смерч прошел через Иваново. Тогда вообще была очень мощная вспышка смерчей, несколько сильных вихрей тогда же было в Ярославской области. 1953-й — Ростов Великий, 1974-й — Нижний Новгород. В 2017 году очень сильный смерч в Курганской области прошел, в деревне Малое Песьяново несколько домов было снесено. В 2017 году 50 смерчей было в Тверской области в один день! 15 мая 2021 года в Ярославской области было несколько смерчей. Но в основном нам пока просто везет — крупные смерчи проходят мимо городов. Один смерч в 2017 году прошел в Перми через промышленные помещения, фирмы вызвали Росгидромет, чтобы получить страховку, — редкий случай, когда смерч попал в статистику. Но понятно, что такие явления надо уметь предсказывать.

Куда идет наука

— В прогнозировании экстремальных природных явлений как далеко продвинулась наука?

— В 2015 году вышла очень хорошая статья в Nature Питера Бауэра Quiet Revolution in Numerical Weather Prediction («Тихая революция в численном предсказании погоды»). «Тихая» эта революция потому, что не было какого-то одного скачка. Это постепенное, планомерное улучшение предсказаний. Наращивание измерений, каждый запущенный новый спутник дает более качественную информацию. Спутники — важнейшая веха. Важной вехой было развитие математических методов (конечно-разностные схемы и методы расщепления) в решении физических уравнений движения газов и жидкостей, которые Гурий Марчук предложил в 1970–1980-х годах. Дело в том, что уравнение Навье — Стокса в гидродинамике пока не решено аналитически, но его можно решать численно. В физике атмосферы очень много сделали наши ученые в советское время — например, Александр Обухов предложил математическое описание турбулентности, одного из важнейших явлений в атмосфере. Михаил Будыко предложил метод тепловых балансов и, кстати, уже в 1972 году описал глобальное потепление, но тогда его мало кто услышал.

В океанологии был прорыв в 1980-х годах — Сергей Лаппо и Уоллес Брекер независимо открыли «большой океанический конвейер», процесс переноса воды между разными океанами, о чем ученые раньше не догадывались.

В том числе благодаря нашим великим ученым пришло понимание, что надо смотреть и на атмосферу, и на океаны, и на сушу, потом и роль биоты стала особо подчеркиваться, а также роль ледников. Сейчас ясно, что климат — это система, включающая в себя все пять оболочек Земли — атмосферу, гидросферу, педосферу (почвы), криосферу (ледники) и

биосферу. Сейчас климатические модели по-английски называют Earth system models, «системные модели Земли». Всю систему надо брать в расчет.

— Появились ли в последние годы новые математические методы, полезен ли в деле предсказания погоды искусственный интеллект?

— Искусственный интеллект — это черный ящик. Что вы в него положите, то и получите. Если у вас мало данных, то вы ничего и не получите. Местами у нас начинает применяться искусственный интеллект. Мы в своем проекте восстановления статистики опасных погодных явлений его используем. Ищем крупные облачные системы (так называемые мезомасштабные конвективные кластеры), в которых формируются не только смерчи, но и шквалы, град. С помощью машинного обучения мы размечаем спутниковые данные и обучаем их, чтобы потом нам такая нейронная сеть сама искала такие кластеры по спутниковым снимкам. Но их моделирование и прогнозирование — это уже физика.

Настоящий прорыв будет, если математики найдут решение уравнения Навье — Стокса, это одна из самых известных нерешенных задач математики.

— Но самый мощный пока прорыв — в точности наблюдений?

— Да. Наконец-то в этом году запустили спутник «Арктика» — важнейшая веха. До этого у нас были в основном спутники, которые движутся по геостационарной орбите, вместе с землей над экватором, обзор у них 60 градусов примерно, то есть север нашей страны и полюса они не очень видят. Есть полярно-орбитальные спутники на низкой орбите, они быстро облетают Землю, но какое-то время видят и полюса. А вот «Арктика» летит по высокоэллиптической орбите, вытянутой как раз со стороны Северного полюса, то есть над полюсом спутник как бы «зависает». Это хороший шаг вперед, хотя там приборы не самые точные стоят.

Есть мировые проекты, в которых Россия, увы, не участвует — это проект Argo для изучения океана, порядка четырех тысяч автоматизированных буев периодически погружаются в океан, затем выныривают и транслируют данные на спутник, мы наконец-то получаем масштабные данные из глубин океана.

В нашем институте ведутся уникально длительные (с 1958 года) наблюдения за температурой на высоте 80–90 километров. Так получено одно из важных доказательств парникового эффекта: ниже слоя парниковых газов атмосфера нагревается, а выше, соответственно, охлаждается, и мы это видим по измерениям температуры мезопаузы (слоя, который разделяет стратосферу и мезосферу).

Важнейшие данные были получены на антарктической станции «Восток»: по пузырькам во льду ученые восстановили непрерывное изменение концентрации парниковых газов за 400 тысяч лет, потом на европейской станции EPICA построили непрерывный ряд за 800 тысяч лет. И сейчас мы точно знаем, что концентрация парниковых газов в наше время совершенно беспрецедентная за последний почти миллион лет.

— Как устроена ваша наука? У вас есть, с одной стороны, физическая модель движения атмосферы, а с другой — данные измерений. А что в начале?

— Бывает так, что мир данных и мир моделирования друг друга не очень слышат, но мы стремимся к тому, чтобы они слышали. Из общих физических принципов понятно, как все устроено. Есть, скажем, несколько ключевых уравнений: уравнение гидродинамики, уравнение неразрывности, уравнение состояния идеального газа, уравнение фазовых переходов, уравнения радиационного переноса. Крупные явления в ячейке 30 на 50 километров мы можем ими описать. Но есть явления, такие как рост облаков в зависимости от концентрации аэрозолей, которые не могут быть описаны этими уравнениями. И тогда используется параметризация, когда мы заменяем реальный процесс на упрощенную зависимость в модели, которая получена из наблюдений. И, конечно же, чем мощнее компьютеры, тем более детальна ячейка, тем больше процессов мы реально можем учитывать в модели. Плюс есть еще мир чистых математиков-теоретиков, которые, например, улучшают методы расчетов. На трех этих китах — наблюдение, моделирование, теория — и строится современная климатология.

— Раньше учили, что погода принципиально непредсказуема. Что с этим-то стало? Она предсказуема?

— Важно понимать, что предсказуемость есть двух разных родов. Предсказуемость первого рода работает, когда мы говорим о погоде, когда мы пытаемся предсказать конкретное явление — конкретное состояние атмосферы в это конкретное время и в этом конкретном месте. А климат — это предсказуемость второго рода, где важны граничные условия, здесь важна, скажем, частота явлений за длительный период — годы, десятилетия, столетия. Средние параметры на длительных периодах мы можем знать хорошо, но хочется, конечно, предсказывать и событие, не только его функцию распределения. В предсказании погоды остается предел предсказуемости в 10–14 дней, потому что всегда будет неопределенность в начальных условиях. Мы, например, измеряем температуру с точностью до десятой градуса, а что там дальше, после сотой, — не знаем. Мельчайшие колебания в начальных условиях растут с экспоненциальной скоростью, и как раз примерно через 10–14 дней этот шум в начальных условиях уже становится сильнее полезного сигнала.

Сейчас мы, кстати, выиграли большой грант («мегагрант») на создание новой лаборатории, Лаборатории предсказуемости климата. Это одна из важнейших задач, которая сейчас решается, — предсказуемость первого рода на средних промежутках времени, от месяца до десяти лет. То есть на масштабах времени между прогнозом погоды и проекциями климата. Это важно, например, для бизнеса — для сельского хозяйства, энергетики. Если знать, что из пяти лет два лета будут засушливые, можно, например, сельскому хозяйству страховать риски неурожая. Теплая будет зима или нет — важно и для «Газпрома» (сколько газа копить в хранилищах), и для потребительского рынка — легкие куртки или пуховики закупать на ближайший сезон, на что будет спрос.

Что мы знаем и не знаем о климате

— Что мы знаем про изменение климата, а чего еще не знаем? Насколько я понимаю, у нас потепление является всеобщим консенсусом — уже не осталось групп ученых, которые не видят глобального потепления?

— Из тех, кто занимается климатом, не осталось.

— А по поводу доли антропогенного фактора есть ли дискуссия или тоже уже более или менее консенсус?

— Консенсус, что современное потепление в основном, в подавляющей доле обусловлено антропогенными факторами. Вопрос о точной доле не столь важен.

Скажем, в Арктике было раннее потепление 1930-х годов, оно связано с природной цикличностью, а не с деятельностью человека. И сейчас в Арктике есть вклад цикличности в потепление, но глобально очевидно, что оно связано с человеком.

— По некоторым моделям, если бы не антропогенный фактор, сейчас бы было похолодание.

— Мы катились в конец девятнадцатого века, в малый ледниковый период, но резко развернулись. На самом деле человек меняет климат разными способами, причем иногда разнонаправленно. Сжигание ископаемого топлива и газа — это вклад в потепление. Но есть еще и аэрозоли, и они, скорее, охлаждают атмосферу. Аэрозоль отражает часть солнечного света в космос и охлаждает планету. И было время, до 1980-х годов, когда человечество сжигало много угля, в атмосферу попадали и парниковые газы, и аэрозоли — и с точки зрения нагревания планеты друг друга компенсировали. Большую роль в понимании вреда аэрозолей сыграл Великий смог в Лондоне в 1952 году. Лондонцы топили углем свои камины, добавляли в атмосферу города много сульфатного аэрозоля, и он с капельками тумана смешивался. Люди, по сути, дышали серной кислотой, несколько тысяч людей погибло, и проблему стали усиленно изучать, а затем и решать. Где-то с 1980–1990-х годов эмиссии аэрозолей на планете пошли вниз, по крайней мере в Европе и США, и количество тех же туманов уменьшилось в Лондоне, он уже не очень туманный, этот Альбион. Он был настолько туманным как раз из-за того, что там жгли много угля в каминах. А в Китае выбросы аэрозолей пока растут, но в целом эмиссия сульфатных аэрозолей глобально уменьшается. И получается, что парниковые газы продолжаем добавлять в атмосферу, а вот охлаждающие аэрозоли — все меньше, что дает ускорение потепления

— А если сравнить деятельность человека и большие природные циклы, насколько нынешнее потепление велико в сравнении с тем, что уже было на планете Земля?

— С точки зрения больших, длинных временных масштабов, конечно, были изменения и более существенные. Но они не были такими быстрыми. То есть, когда ударил метеорит, изменения тоже были очень быстрыми, в атмосферу попало такое огромное облако пепла, что началось резкое похолодание, это был эффект типа «ядерной зимы». Мы влияем не настолько быстро, но по сравнению с астрономическими циклами — очень быстро.

Природные циклы, например связанные с изменением параметров орбиты, составляют 40 тысяч лет, 100 тысяч лет, 400 тысяч лет. А мы меняем планету всего за десятки лет. По скорости влияния на климат наше воздействие может сравниться только с такими катастрофами, как супервулканы или метеориты. Это так называемые импактные события.

Если же говорить просто о глобальной температуре, то она была и выше, чем сейчас. Пятьдесят пять миллионов лет назад она была на 12–16 градусов выше, чем сейчас. Только и климат тогда был иной, и растительность другая, и химический состав атмосферы, и расположение материков и океанов. Очевидно, что разное переживала планета. Мы говорим о контексте десятков лет, именно об изменениях на этих временных масштабах. Очень важно не забывать об этом.

Но, конечно, климатологи смотрят на весь спектр факторов, которые меняют климат, — и на вулканы, и на солнечную активность, но без учета антропогенного фактора современное потепление воспроизвести невозможно.

— А какие прорывные технологии нужны для борьбы с быстрым потеплением?

— Нужны прорывные технологии улавливания углерода. Но это дело не климатологов, а скорее химиков. Должны разрабатываться новые практики в почвоведении, в лесоведении. Илон Маск недавно объявил стомиллионный приз тому, кто придумает технологию улавливания углерода. Важно, чтобы она была нужного объема, гигатонны углерода надо уловить из атмосферы и надежно где-то захоронить, а все существующие технологии улавливают килотонны. Одно дело улавливать углекислый газ из трубы, где вы сжигаете уголь, а другое — из воздуха, где он в очень маленькой концентрации.

Понятно, что посадить лес — это самое простое, это прямое улавливание углерода, технологии лесоведения ждут бума в ближайшие десять лет. Но и лес — это не самый простой ответ. Высадили лес, через двадцать-тридцать лет он подрос, потом можно срубить этот лес — и посадить новый. Что делать со срубленным, вот вопрос. Можно строить дома, например небоскребы. Появление деревянных небоскребов в Скандинавии только на слух звучит забавно, но на самом деле это тоже путь изымания из атмосферы углерода таким образом, чтобы он не вернулся обратно. Или складывать эти срубленные леса и потом оберегать от огня. Ведь если просто посадить лес, то через какое-то время он придет в равновесие, а потом еще и сгореть может — и углерод попадет обратно в атмосферу.

Вообще, если говорить о технологиях и о будущем развитии прикладной климатологии, то есть два типа реакций на климатические изменения. Первая — это адаптация, реакция на случившееся изменение климата, приспособление к неизбежным его изменениям, в том числе надо уметь предсказывать экстремальные явления и минимизировать их последствия. Вторая по-английски называется mitigation, так называемое смягчение изменения климата, мы пытаемся уменьшить наше воздействие на климат, чтобы избежать наиболее катастрофических сценариев. Нужны оба.