Состояние Глобальной системы наблюдений за климатом

Cтанция Плато Роза Глобальной службы атмосферы (ГСА) в Италии

Глобальные наблюдения за атмосферой Земли, океаном и сушей имеют большое значение для выявления изменения и изменчивости климата и понимания их причин. Например, последние наблюдения и результаты анализов показали, что средний уровень моря на планете продолжает повышаться, и впервые стало возможным определить относительную важность вклада теплового расширения, таяния льда и накопления воды на суше.

Наблюдения также позволяют получить данные, являющиеся осно­вополагающими для оценки, совершенствования и инициализации численных моделей, которые предсказывают изменение климатической системы в ближайшие месяцы и сезоны и которые прогнозируют более долгосрочное изменение климата с учетом различных предположений относительно выбросов парниковых газов и других факторов антро­погенного влияния. Данные долгосрочных наблюдений позволили Межправительственной группе экспертов по изменению климата (МГЭИК) довести до сознания общества тот факт, что потепление глобальной климатической системы не вызывает сомнений.

В данной статье освещаются основные результаты и выводы отно­сительно состояния Глобальной системы наблюдений за климатом (Отчет)¹, опубликованные в конце 2015 г. В этом Отчете подробно описывается, насколько эффективно ведутся наблюдения за климатом в настоящий момент, где достигнут прогресс, а где он отсутствует или где отмечается ухудшение. Он служит основой для определения действий, необходимых для уменьшения пробелов в знаниях, совер­шенствования мониторинга и прогноза, поддержки мер по смягчению и удовлетворения растущих насущных потребностей в информации о воздействиях, адаптации и уязвимости.

Отчет о ходе работы был подготовлен Глобальной системой наблюдений за климатом (ГСНК), которая является совместно финансируемой про­граммой ВМО, Межправительственной океанографической комиссией (МОК) Организации Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО), Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП) и Международным советом по науке (МСНС).

В данной статье освещаются основные результаты и выводы относительно состояния Глобальной системы наблюдений за климатом (Отчет), опубликованные в конце 2015 г. В этом Отчете подробно описывается, насколько эффективно ведутся наблюдения за климатом в настоящий момент, где достигнут прогресс, а где он отсутствует или где отмечается ухудшение.

Выводы относительно наблюдений за атмосферой, океаном и сушей

Глобальные наблюдения за атмосферой, океаном и поверхностью суши различаются по своему характеру, организации и масштабу. Благодаря тому, что сбор метеорологических данных осуществляется в течение многих десятилетий, наблюдения за атмосферой являются наиболее развитыми при наличии относительно плотных, хотя и не без пробелов, сетей, четких стандартов наблюдений, преимущественно открытого обмена данными и международных центров данных, охватывающих большинство, если не все, переменных. Наблюдения за атмосферой продолжают совершенствоваться.

Быстрое развитие получили наблюдения за океаном с учетом междуна­родного планирования и внедрения сетей наблюдений, а также новых технологий, которые позволяют в большем объеме и более эффективно осуществлять автономный сбор данных. Несмотря на то, что до сих пор еще существуют ограничения и некоторые проблемы с действующими сетями, общие структуры для продолжения процесса совершенствования созданы.

Вышка для измерения потоков, Провиденс, Южная Сьерра, Калифорния, США

Наблюдения за поверхностью суши традиционно производятся в более мелком масштабе, при этом в разных странах используют различные стандарты и методы. Они также имеют небогатую историю открытого обмена данными. В настоящее время наблюдения из космоса обеспечивают глобальный охват, повышая качество для целого ряда перемен­ных, и к данным все чаще предоставляется открытый доступ, при этом достигнуты успехи и в других областях, например, за счет развития глобальных сетей наблюдений за ледниками и вечной мерзло­той. Разработаны стандарты, методы и протоколы обмена данными для основных гидрологических переменных. Однако все еще отсутствует комплекс­ный подход к наблюдениям за поверхностью суши.

Большинство основных выводов по результатам обзоров, проводимых по каждой переменной и по каждому действию, можно напрямую разделить на две отдельные группы, одна из них касается измерений in situ и наземного дистанционного зондирования, а другая — дистанционного зонди­рования из космоса, хотя для многих применений данных наблюдений комплексно используются обе группы данных. Отмечаются как положительные, так и отрицательные выводы, и все эти выводы следует признать и учитывать при планировании необходимых действий в будущем.

 

Для in situ и других не связанных с космосом ком­понентов системы наблюдений выводы следующие:

• Огромное значение имела разработка сети Арго и ее вклад в мониторинг, понимание и прогноз климата, когда в 2000 г. впервые были размещены буи, регистрирующие профили температуры и солености. Первоначальная цель по размещению 3000 буев была достигнута в 2007 г. В настоящее время сеть расширяется, охватывая окраинные моря и высокие широты. В рамках сети начинают использоваться датчики для измерения биогеохимических параметров, а также отмечается перспектива получения профилей на большей глубине.

• Для ряда сетей in situ, существующих более длительное время, включая основные метео­рологические сети, достигнуты более широкий охват и более высокое качество измерений.

• Несколько сетей in situ для измерений океана и поверхности суши и наземных сетей дистанцион­ного зондирования для измерения состава атмос­феры были созданы или значительно расширены в последние годы, но некоторые требования к формированию таких сетей не удовлетворены.

• Некоторые сети измерения состава атмосферы и сети морских буев в последнее время проводили меньше наблюдений из-за плановых закрытий, ненадлежащего технического обслуживания или неожиданных сбоев в работе оборудования. Эффективными оказались ответные действия по ограничению некоторых из перечислен­ных недостатков. Некоторые специфические проблемы, связанные с сетями заякоренных

буев, послужили толчком для анализа системы наблюдений в тропической части Тихого океана.

• Количество поверхностных метеорологических измерений с судов уменьшилось на большей части океанических бассейнов, но при этом увеличилось вблизи побережья.

• Уменьшились некоторые пробелы в охвате данными сетей на суше. Локальные пробелы, кажущиеся небольшими с глобальной точки зрения, тем не менее могут быть исключительно важными, особенно там, где населению угро­жает опасность или где локальные изменения имеют глобальные последствия.

• Развитие потенциала продолжает в значительной мере не дотягивать до того, что требуется для устойчивой ликвидации важнейших пробелов в данных сетей, а в более широком плане - для обеспечения уязвимых развивающихся стран локальными наблюдениями, необходимыми для адаптации к изменению климата.

• Автоматизация повысила временную частоту наблюдений и позволила выполнять измере­ния в дополнительных удаленных местах, но остаются нерешенными некоторые проблемы, связанные с качеством данных и потерей вспо­могательной информации.

• Успехи в деле уточнения и создания опорных станций и сетей наблюдений неоднозначны: достигнут значительный прогресс в отношении аэрологических измерений, но стоит сложная задача по достижению репрезентативного глобального охвата.

• Существуют возможности получения выгоды от расширения глобального обмена данными в режиме времени, близком к реальному, и от использования новых кодов сообщений и стандартов метаданных.

• Достигнуты некоторые успехи в области восста­новления исторических данных, но восстановление пока еще ограничено по масштабу и сдерживается ограничительной политикой в области данных.

• Продолжает совершенствоваться выпуск инфор­мационной продукции, например, о приземной температуре воздуха, влажности и осадках.

• Остается актуальной проблема поддержки дея­тельности, связанной с системами наблюдений, которая осуществляется за счет краткосрочного финансирования научных исследований.

Относительно космического компонента системы наблюдений отмечаются следующие выводы:

• Более новые и планируемые поколения опе­ративных метеорологических спутниковых систем обеспечивают более высокое качество и более широкий диапазон измерений. Китай приобретает широкую известность в качестве поставщика третьего основного компонента в группировке полярно-орбитальных систем.

• В рамках Европейской программы «Коперникус» развертываются дополнительные виды наблю­дений на оперативной основе с расширением охвата и повышением качества измерений, а также предоставлением сопутствующего обслуживания.

• Увеличилось число национальных поставщиков, совместных международных спутниковых про­грамм и других механизмов сотрудничества.

• Очень незначительны успехи в области про­должения зондирования лимба (когда прибор направлен к лимбу Земли сбоку, а не сверху вниз, что называется зондированием надира в случае использования прибора зондирования) и ввода в действие эталонного спутника.

• Под угрозой находится продолжение наблю­дений в отношении измерений солнечного излучения и температуры поверхности моря на микроволновых частотах.

• Продемонстрированы новые возможности наблюдений, а другие готовятся к демонстрации.

Будущее использование некоторых из про­демонстрированных возможностей неопре­деленно, например мониторинг профилей облачности и аэрозолей, толщины морского льда и влажности почвы.

• Достигнуты успехи в области получения и пре­доставления продукции, полученной с помощью наблюдений из космоса, при этом повышенное внимание уделялось документальному под­тверждению качества продукции и связанных с ней неопределенностей.

• Отмечено эффективное межведомственное сотрудничество в области проверки правильно­сти продукции, а также на начальном этапе раз­работки архитектуры для мониторинга климата из космоса и подготовки перечня продукции.

• Доступ к данным становится более открытым, но необходим дальнейший прогресс. Некоторые данные, полученные в рамках предыдущих программ по-прежнему находятся в процессе восстановления, и пока еще полностью не обеспечивается долгосрочное хранение данных, включая периодическую повторную обработку.

Объем комплектов данных в центрах данных уве­личивается с течением времени, и данные в них обычно распределяются по типу. В международных центрах данных хранятся комплекты данных in situ по многим, хотя и не всем, важнейшим кли­матическим переменным. Исходные спутниковые данные обычно хранятся в организации, которая эксплуатировала спутник. Продукция, полученная в результате обработки данных, хранится пре­имущественно в организациях, которые произвели эту продукцию. Такая схема не считается сложной, однако в Отчете отмечено несколько моментов, вызывающих озабоченность.

Запуск буя Арго в Индийском океане

Повторный анализ данных

Глобальный повторный анализ всеобъемлющих комплектов данных наблюдений поддерживается за счет улучшения возможностей и более глубокого понимания потребностей пользователей и недо­статков в существующей продукции. Данный вид деятельности поставлен на более прочную основу в Европе за счет его включения в оперативное предоставление обслуживания в рамках программы «Коперникус», а также в Японии и Соединенных Штатах Америки благодаря стремлению постав­щиков продолжать и обновлять выпуск продукции.

Повторный анализ данных об атмосфере, собранных в эпоху радио­зондов и спутников, дополняется повторным анализом, охватывающим двадцатый век и более длительный период, усваивающим только данные приземных наблюдений за атмосферой, а также ограничи­вающимся данными о поверхностном и радиационном воздействии, полученными на основе наблюдений. Повторный анализ стал более эффективным для данных об океане, поверхности суши и составе атмосферы. Большие успехи также достигнуты в области разработки систем усвоения данных, которые соединяют различные элементы климатической системы, в особенности атмосферу и океан.

Международная координация

Организация систем наблюдений на международном уровне была усилена, особенно для атмосферы и океана, за счет развития Интегри­рованной глобальной системы наблюдений ВМО и активизации работы Глобальной системы наблюдений за океаном под руководством МОК. Лишение поддержки Глобальной системы наблюдений за поверхностью суши со стороны ее главного спонсора ограничило координацию и стандартизацию в области наблюдений за поверхностью суши, но по многим отдельным элементам наблюдений за поверхностью суши достигнуты успехи.

Дальнейшие выводы относительно всеобъемлющих и сквозных тем, а также тем, непосредственно касающихся атмосферы, океанов и поверхности суши, приведены в полной версии Отчета. В нем также в общих чертах отмечены успехи, достигнутые примерно за последние пять лет, и дана оценка выполнению действий, предусмотренных в Плане осуществления Глобальной системы наблюдений за климатом, принятом в 2010 г.

В заключение отметим, что многие страны увеличили вклад, который они или их межправительственные организации вносят в глобальную систему наблюдений за климатом. Система продолжает развиваться и лучше удовлетворять потребности постоянно расширяющегося сообщества пользователей. С течением времени протяженность современных рядов инструментальных данных увеличивается и их качество повышается - в последние годы за счет совершенствования наблюдений, а в предыдущие годы за счет восстановления и более совершенной повторной обработки и повторного анализа данных. Однако тем не менее системе по-прежнему не удается удовлетворять некоторые существенные потребности в климатической информации, полученной на основе наблюдений, которая становится все более и более актуальной в условиях антропогенного изменения климата. Все то, что необходимо предпринять, будет отражено в будущем новом плане осуществления, который ГСНК готовит к опубликованию в конце 2016 г.

Мы предлагаем читателям ознакомиться с Отчетом, чтобы иметь более полное представление об успехах, достигнутых за последние годы, а также чтобы лучше понять, насколько много работы еще предстоит выполнить.

Организация систем наблюдений на международном уровне была усилена, особенно для атмосферы и океана, за счет развития Интегрированной глобальной системы наблюдений ВМО и активизации работы Глобальной системы наблюдений за океаном под руководством МОК.