Вторая производная CO₂: как атмосфера управляет климатом ✎

Оригинал: "Correlations of the first and second derivatives of atmospheric CO2 with global surface temperature and the El Nino-Southern Oscillation respectively"
· L. M. W. Leggett, D. A. Ball
arXiv:1402.6316 · 2014-02-25 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Скорость изменения уровня CO₂ в атмосфере объясняет и температуру, и Эль-Ниньо.

Переводчик отвлекается на каждый шорох в зале — и час совещания превращается в два. Атмосфера похожа на такого переводчика: она слышит не только слова биосферы, но и интонацию. Когда растения меняют темп поглощения углекислого газа, воздух отвечает не на сам газ, а на то, как быстро и как резко его количество меняется.

С 1960 года на гавайской обсерватории Мауна-Лоа каждый месяц измеряют концентрацию CO₂. Если взять не сам уровень, а его скорость изменения — первую производную, — то она почти идеально совпадает с температурой тропиков. Но самое интересное начинается со второй производной, то есть с ускорения. Оказалось, что ускорение изменения CO₂ опережает Южную осцилляцию на два месяца. Южная осцилляция — это разница давления между востоком и западом Тихого океана, атмосферная часть Эль-Ниньо. Корреляция между ними составила 0.315, и это выше, чем у любого другого фактора.

Биосфера получает через фотосинтез около 130 тераватт энергии — это 10–20% мощности всех ветров в атмосфере. Растения влияют на климат не только химически, но и через потоки энергии и воды.

Раньше Эль-Ниньо объясняли как самостоятельную моду океана, но теперь видно, что он может быть откликом биосферы на ускорение изменения CO₂. Это связывает воедино углеродный цикл, растительность и крупномасштабную циркуляцию атмосферы. В регрессионной модели скорость изменения CO₂ объясняет температуру не хуже, чем стандартный набор из четырёх предикторов, а вулканический фактор становится незначимым. После коррекции на автокорреляцию связи остаются статистически значимыми: p = 0.0013 для пары «скорость CO₂ — температура» и p = 0.001 для пары «ускорение CO₂ — Южная осцилляция».

Эта работа объясняет и паузу в потеплении с 1998 года: модели не учитывали скорость изменения CO₂, а именно она, а не сам уровень, оказалась ключевой. Если включить её в прогнозы, можно лучше предсказывать и Эль-Ниньо, и глобальную температуру. Переводчику, который слышит интонацию, не нужно ждать, пока биосфера закончит фразу.

Энергия, которую биосфера получает через фотосинтез, составляет около 130 тераватт — это 10–20% мощности всех ветров в атмосфере. То есть растения могут влиять на климат не только химически, но и через потоки энергии и воды.

Понятия
энсо ла-нинья южная осцилляция южная осцилляция эль-ниньо эль-ниньо модель Джина–Тиммермана весенний барьер предсказуемости естественная изменчивость многомерный индекс ЭНСО ERSST буйковые станции TAO/TRITON связь океана и атмосферы модель Зебиака–Кейна распространение экваториальных волн объём тёплой воды сезонный цикл глобальное потепление относительный они NOAA CPC северное экваториальное противотечение