Умрёте - сразу проситесь в ад, в раю вас ждёт разгневанный Профессор (с)
Человек-герой Аесли перевела эту чудесную статью. А я утащила)
30.04.2014 в 20:38
Пишет Аесли:нельзя просто так взять и узнать погоду в мордоре
Нельзя просто так взять и узнать погоду в Мордоре, если вы, конечно, не ученый Бристольского университета по имени Дэн Лант, который создал модель Средиземья на суперкомпьютере Метеобюро Великобритании. Он сравнил климат Средиземья с нашим и климатом времен существования динозавров, доказав, что погода Шира не слишком отличалась от погоды средневосточной Англии, а Мордор лежал в субтропиках, совсем как Лос-Анджелес или Техас.
Статья доступна на английском, гномьем и эльфийском языках - наконец эльфы узнают, почему именно Гавани, а гномы - по какую сторону от Мглистых гор не ждать дождя.
Краткое содержание
В этой статье я предлагаю вам рассмотреть и обсудить климатическую модель Средиземья – того самого, с эльфами, гномами, хоббитами и волшебниками вроде меня. Мы исследуем модель, которая представляет собой симуляцию климата Средиземья, почти современной Земли и эпохи 65-миллионолетней давности, когда планетой правили динозавры.
Не все особенности Средиземья представлены в модели совершенно точно. К таким особенностям относятся точные сведения о преобладающем ветре в местах отправления эльфийских кораблей, о влиянии теплового эффекта и засухи на растительность Мордора и дождевой тени в Мглистых горах. Зато я отыскал места в современном мире, где климат точь-в-точь как в Шире или Мордоре.
Обоснована важность оценки воздействия климатических эффектов, таких как реакция почвы на повышенную концентрацию углекислого газа в атмосфере, представлены приемы моделирования и реконструкции климатических процессов последних миллионов лет. Подчеркнута роль Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) в оценке изменений климата и возложению на политиков некоторых обязанностей.
1. Введение
Для прогнозирования погоды и изменений климата используются компьютерные модели атмосферы, поверхности суши и мирового океана. Они основаны на точнейших теоретических расчетах и всех наших знаниях о движении воды, физике, химии, биологии, которые записаны в виде уравнений и создают форму, легко изменяемую с помощью компьютера.
Модели климата и модели, используемые для кратковременного прогнозирования погоды очень похожи друг на друга, но модели климата имитируют более длительные периоды времени, чем погодные (года и столетия, в отличие от дней и недель) и, следовательно, имеют меньшую пространственную разрешенность из-за ограниченных возможностей компьютера (обычная шкала – километры, а не сотни километров). Модель прогнозирования климата является неотъемлемой частью политического и общественного планирования на ближайшие десятилетия. Недавняя сводка МГЭИК обобщила множество подобных прогнозов.
Поскольку модели климата основаны на фундаментальных научных данных, они могут применяться во многих случаях. Модели климата не предназначены исключительно для моделирования климата современной Земли, фундаментальная наука может опереться на них для моделирования любого климатического периода прошлого. Единственное условие для воссоздания климата – моделирующий должен внести в модель пограничные условия, то есть карты и неустойчивые факторы, не предусмотренные моделью. Например, пространственные карты с указанием самых высоких точек местности (топографические) и глубины океана (батиметрические), характеристики горных пород и почв, концентрацию основных атмосферных составляющих (озона и углекислого газа). Дополнительными определяющими параметрами, необходимыми для моделирования, являются солнечная активность, радиус и скорость вращения планеты.
Корректировка модели для имитации прошлого может быть очень полезна, потому что по итогам испытания производительности моделей и наблюдения за ними мы можем получить теоретически верный результат. В случае моделирования временных периодов, когда систематические наблюдения за погодой еще не велись, мы полагаемся на косвенную информацию о климате прошлого. Мы берем ее из древесных колец и ледяного покрова, окаменелостей растений и животных. В результате, хотя мы понимаем, что в этих "посредниках" содержатся неопределенности и ошибки (они могут быть и в самих пограничных условиях), становится возможным воссоздание климата прошлого, климата того времени, когда Земля очень отличалась от современной.
Меняя топографические и батиметрические карты, скорость вращения и радиус Земли, мы можем создавать модели климата для имитации любой планеты, реальной или воображаемой.
В статье представлены три модели климата – доиндустриальной Земли, позднемеловой Земли, т.е. около 65 миллионов лет назад, незадолго до вымирания, в результате которого исчезли динозавры) и Средиземья – земли хоббитов, эльфов, гномов, волшебников и орков.
Цель статьи состоит из трех частей:
1. Продемонстрировать научность и гибкость климатических моделей.
2. Смоделировать климат Средиземья и немного легкомысленно интерпретировать его.
3. Рассмотреть сильные и слабые стороны климатических моделей в целом, рассказать, как можно воссоздать Средиземье еще лучше.
2. Описание модели
Я использовал климатическую модель HadCM3L, разработанную в Метеобюро Великобритании. Она способна имитировать атмосферу, океан и поверхность земли. Как и большинство климатических моделей, HadCM3L представляет мир в виде трехмерной разбитой на блоки сетки, изображающей поверхность, океан и атмосферу до самых низких и высоких точек. Размер одного блока – 3,75 градусов долготы и 2,5 градуса широты. Высота меняется в зависимости от расстояния от поверхности – блоки, расположенные вблизи поверхности, имеют меньшую высоту, чем те, что расположены в верхней части атмосферы или в нижней части океана. Блоки – 96 с запада на восток, 73 с севера на юг, 20 вниз и 19 вверх (более четверти миллиона блоков, хотя не все из них эффективно задействованы) – образуют матрицу, которая охватывает весь мир.
В матрице сформулированы и решены основные уравнения, отвечающие за движения воздуха и морские течения. Они учитывают, что Земля крутится вокруг своей оси. В системе также учтены добавочная энергия светового и теплового излучения Солнца, поглощаемого Землей, и энергия, уходящая из системы через выделение тепла и отражения солнечного света в космос.
Все переменные в модели следует рассматривать как средние значения, взятые для одного блока, так как модель не может представить информацию в меньшем, чем один блок, масштабе. То есть, можно смоделировать Великобританию или Мордор, а вот Бристоль или Бри – уже нет. Существует множество процессов, происходящих в более мелком пространственном масштабе, чем в масштабе одного блока. Таким образом, модель параметризирует (выделяет только основные параметры) "внутриблоковых" процессов, например, формирования облаков, турбулентности или волнений в океане. Отображение "внутриблоковых" процессов привносит неопределенность в моделирование климата (закономерности движений жидкости и теплообмена изучаются в течение последних столетий, но так и не изучены до конца). Кроме процессов в атмосфере и океане, модель способна отобразить некоторые процессы на поверхности суши и воды, в том числе процессов, связанных с морским льдом, влажностью почвы и, в нашем случае, ростом и распределением растительного покрова.
Сначала модель показывает изначальное значение всех переменных, которые она прогнозирует (температуры, давления, скорости ветра, снежного покрова, плотности морской воды), а затем перемещается в будущее с длиной шага от 10 до 30 минут. Погодные системы развиваются и изменяются, выпадают осадки, времена года приходят и уходят, идут года "модельного времени" (1 год времени модели равен 2 годам реального времени). Наконец, погода, которую прогнозирует модель, усредняется за последние годы или десятилетия. Получившаяся климатическая карта включает в себя как погоду в среднем, так и весь климат, смоделированный HadCM3L.
HadCM3L – довольно сложная модель, известная как "General Circulation Model" (модель общей циркуляции) или GCM, но уже не ультрасовременная. Она оперирует меньшим количеством процессов и имеет меньше блоков (т.е. работает на более низком разрешении), чем те, которые используются для последних сообщений МГЭИК. Тем не менее, она оказалась полезной для достижения целей, так как ее устойчивая эффективность вычислений дала возможность проделать длительную работу и достичь постоянного результата. Начальные данные, введенные мною в модель, довольно сильно отличаются от окончательно спрогнозированного климата.
3. Как это работало
В статье представлены три климатических модели, созданные на HadCM3L. Первая – Земля до начала масштабной индустриализации (1800-1850), то есть доиндустриальная Земля. Вторая, позднемеловая Земля, моделирует период незадолго до вымирания динозавров (конец мела, ок. 65 млн. лет назад), а третья, Средиземье, прогнозирует его климат.
Глобальные настройки этих моделей очень похожи. Единственное важное отличие – пограничные условия.
Для создания первой модели я использовал стандартные доиндустриальные пограничные условия, предоставленные Метеобюро Великобритании. Они получены из наблюдений за современным устройством Земли, из топографических и батиметрических карт, а также на основе поверхностных характеристик суши. Модель использует 0,28% концентрацию углекислого газа (280 частей на 1 млн. или 280 промилле). Это значение получено из пузырька доиндустриальной атмосферы, извлеченного из 200-летнего льда Антарктиды. Стоит отметить, что ледяные керны (трубы-ледобуры, проникающие под лед на многие километры) позволяют нам узнать, каково было содержание углекислого газа в атмосфере 800 тысяч лет назад. Так стало известно, что между периодами наступания ледника на материк и теплого межледниковья концентрация углекислого газа циклично колебалась между 180 и 280 промилле. Нынешняя концентрация углекислого газа – 397 промилле, что значительно выше естественной границы из-за сжигания ископаемого топлива и вырубки лесов.
Для Земли динозавров начальной точкой стало относительно высокое разрешение (полградуса широты на полградуса долготы) топографической карты (координаты горных вершин) и батиметрической карты (координаты подводных впадин) времен позднего мела (65 млн. лет назад), предоставленное консультативной геологической компанией Getech (www.getech.com). Компания специализируется на детальных исследованиях научной литературы и информации, извлеченной из окаменелостей, горных пород и глубоководных отложений, чтобы восстановить состояние древней Земли, включая состояние ее атмосферы и океана. На основе этой карты были определены и перенесены в пространство модели необходимые пограничные условия. Были внесены некоторые добавочные характеристики, например, отражающая способность почвы (альбедо), способность к удержанию влаги и аккумуляции тепла. Поверхностные характеристики Земли динозавров были установлены с постоянными значениями координат надземных точек, аналогичными современным.
Для Средиземья все пространственные и пограничные условия взяты из карт и рукописей богатых архивов Ривенделла (Tolkien, 1954, 1986; Fonstad, 1991). Начальная точка – топографическая и батиметрическая карты, взятые из атласа северного полушария Арды времен Второй Эпохи (Средиземье – небольшая часть Арды, но, поскольку мы рассматриваем только ее, в дальнейшем мы будем называть Арду Средиземьем, будь то она вся или отдельная ее часть). Нам пришлось немало потрудиться, чтобы точно перенести рисунки, и из-за ограниченности времени это, возможно, не было сделано так дотошно, как следовало бы (а еще я в тот день потерял свои очки). Кроме того, существует некоторая неопределенность в отображении оригинальных карт на сферическом мире и, вероятно, другие, не менее подходящие или лучшие изображения могли бы сказаться на результате. Наконец, многие легенды Средиземья (например, обнаружение и окончательное уничтожение Кольца) рассказывают о событиях Третьей Эпохи, но я предполагаю, что климат этих периодов был схож.
Площади каждого блока в модели присвоена определенная высота над уровнем моря, рассчитанная по средней топографии кластера, включающего этот блок. Предгорьям присвоена высота в 2000 метров над уровнем моря, горным массивам – 4000 метров, реки имеют высоту в 100 метров, другие материковые образования – 300 метров. Кроме того, к высоте каждого блока было добавлено небольшое случайное значение, чтобы учесть вероятность, не укладывающуюся в исходную карту. Океан становится глубже с удалением от берега, максимальная глубина достигает 4000 метров. Нам пришлось решить, как обернуть, по-видимому, плоский мир Средиземья вокруг сферы, чего требовала модель, и я пошел простым путем – расположил на общей карте сетку широты и долготы, а угловые области отметил как водное пространство.
В результате общая карта имела разрешение полградуса широты на полградуса долготы (см. рис. 1). На нее было нанесено предполагаемое размещение растительности во всем Средиземье, которое изменялось во время моделирования (см. рис. 4, где изображен окончательный результат). Общая топография всех климатических моделей показана на рис. 2.
Модель климата современной Земли будет достаточно точной для тысячи лет, климат Земли эпохи динозавров точен для промежутка в 500 лет. Модель Средиземья прогнозирует климат для временного отрезка в 70 лет и, вероятно, далека от идеала.
При создании первой и второй модели для первых пятидесяти лет была взята концентрация углекислого газа в 280 промилле, а для всех оставшихся лет – 1120 промилле (доиндустриальный уровень содержания углекислого газа, умноженный на 4). Повышенное содержание углекислого газа в Средиземье может быть истолковано как следствие выбросов Роковой Горы.
Наконец, я предполагаю, что радиус, скорость вращения и длина суток Земли и Средиземья одинаковы, как и направление вращения (закат на западе). Кроме того, солнечная активность в сочетании с расстоянием от Земли и наклон оси вращения Земли приводит к одинаковым сезонным колебаниям длительности светового дня что на Земле, что в Средиземье.
Рис. 1. Карта топографии и батиметрии Средиземья в высоком разрешении, использующая метры в качестве единиц. Отображенный мир - Вторая Эпоха Арды, но рассматривается только его часть, известная как Средиземье (выделен красным прямоугольником).
Доиндустриальная Земля
Позднемеловая Земля
Средиземье
Рис. 2. Модель топографической карты (в метрах) а) современной Земли, b) Земли динозавров, с) Средиземья. Черные линии обозначают границы континентов, океан выделен белым. Красный прямоугольник показывает положение рассматриваемой области (см. рис. 3).
4. Результаты
Смоделированные среднегодовая температура, осадки (дождь и снег), скорость и направление зимних ветров в районе Европы и северной Атлантики (для современной и позднемеловой Земли) и в Средиземье показаны на рисунке 3. Ареалы среднегодовой температуры (используется шкала Цельсия), осадков (усредненное значение мм\день), ветров и среднеатмосферного давления (геопотенциальная [сноску] высота 500 мбар, используемая единица - метр) в восточной Европе, северной Атлантике позднего мела и Средиземья. Расположение указанных регионов на общей карте см. на рис.2. Среднегодовые значения рассчитываются на основе последних 30 лет модели современной Земли, 50 лет для модели позднего мела и 10 лет для модели Средиземья. Это не скажется на результатах. Жирными черными линиями отмечены очертания континентов, тонкие черные контуры обозначают рельеф. Океан показан разными оттенками синего, обозначающими глубину.
Доиндустриальная Земля
Климат доиндустриальной Земли (см. рис. 3, части а, d, g) был сверен с недавними метеорологическими наблюдениями и с другими моделями, используемыми МГЭИК. Модель неплохо отображает многие стороны климата, хотя довольно бедно, если сравнивать с более поздними моделями. Это неудивительно, учитывая ее относительно низкое разрешение и недавние улучшения в проектировании "внутриблоковых" процессов (например, связанных с облаками).
Поздний мел, Земля динозавров
Температура, осадки, ветры и атмосферное давление показаны на рисунке три в частях b, e и h. Континентальный дрейф, тектонические сдвиги и изменения дна океана неузнаваемо преобразили Землю за последние 65 миллионов лет, и модель является лишь одной из серии, изготовленной учеными Бристольского университета. Серия охватывает последние 150 миллионов лет, и модели изучаются достаточно подробно. Их данные проверяются по геологической летописи, что дает возможность уверенно моделировать климат прошлого. Ученые Бристольского университета заинтересованы в связях между чувствительностью климата в прошлом и будущем. Чувствительность климата – мера того, насколько теплее становится Земля из-за возрастании концентрации углекислого газа в атмосфере. Это наш помощник, потому что позволяет узнать шансы Земли на глобальное потепление. Чувствительность климата проявляется как повышение средней температуры поверхности, которое неизбежно, если концентрация углекислого газа будет возрастать. Земле потребуется несколько веков или миллионов лет, чтобы войти в равновесие, но самый заметный скачок температуры произойдет в первые несколько десятилетий после удвоения содержания углекислого газа. Более подробная информация о чувствительности климата находится в следующем разделе.
Средиземье
Температура у поверхности земли в Средиземье показана на рисунке 3 в части с.
Связь между температурой и широтой прозрачна – более северные области относительно прохладные (в северных землях Фородвайт среднегодовая температура ниже нуля), более южные значительно теплее (среднегодовая температура земли Харад более 30°C). В первом приближении климат Средиземья похож на климат западной Европы и Северной Африки. Я предполагал, что Средиземье – часть шарообразной планеты (хотя Саруман посчитал мою идею смешной), и близкие к экватору области лежат под самым солнцем, а более близкие к полюсу находятся под углом и получают меньше солнечного тепла за год.
Как и Земля, Средиземье вращается вокруг оси, которая наклонена относительно орбиты планеты вокруг солнца. Это значит, что в Средиземье существует смена времен года.
Горные области (например, Мглистые горы) более холодные, чем низменности – с ростом высоты температура воздуха снижается, так как восходящие воздушные потоки теряют тепло при подъеме.
На востоке Мглистых гор температура понижается, и будет снижаться тем больше, чем восточнее мы проследуем. Это происходит потому, что, как и в европейских областях нашей Земли, чем дальше от океана, тем сильнее «континентальность» – то есть, более холодная зима и более жаркое лето. Но зима становятся холоднее быстрее, чем теплеет лето, также снижается количество выпадающих осадков. Моделирующая осадки карта находится в части f на рисунке 3.
Больше всего осадков выпадает на западе горных районов, т.е. восточная область Мглистых гор находится в «дождевой тени». Преобладающий ветер приносит с запада влажный воздух океанов на континент, воздух, поднимаясь над горами, охлаждается, вода конденсируется, образует облака и выпадает в виде дождя или снега. На восточной стороне воздух более сух, и осадков меньше.
Области на дальнем юге Средиземья, южнее Мордора и Харада, очень сухие. Это субтропические регионы, похожие на область пустыни Сахара на Земле. Субтропики сухие, потому что лежат в климатической ячейке Гадлея – там, где воздух опускается к поверхности с большой высоты, чтобы вернуться к экватору. Нисходящие воздушные потоки не несут дождей, потому что чем теплее воздух, тем больше влаги в виде пара он способен удержать.
Поверхностная скорость ветра, его направление и среднее атмосферное давление в Средиземье показано на рисунке 3 в части i.
Видно, что в южных областях с запада на восток дует сильный прибрежный ветер (например, в заливе Белфалас), а на севере дуют восточные ветры. Это объясняет, почему суда, отправлявшиеся в Бессмертные Земли, отплывали из Серых Гаваней – они расположены в районе восточных ветров.
Модель растительного покрова позволяет нам изучить растительность Средиземья. Она не учитывает нарушения покрова, связанные с неестественными причинами (лесные пожары, вызванные драконами, вырубка леса гномами, сбор табака хоббитами или бессмысленное истребление орками). Модель Земли также не учитывает участие человека в изменении растительности (например, не учтена вырубка лесов Амазонки). Модель растительности Средиземья показана на рисунке 4 и тесно связана с моделью уровня осадков и температуры.
В дальнеюжных сухих районах лежат пустыни, в Мордоре произрастает мелкий кустарник, вершины Мглистых гор, Синих гор и Железных холмов покрыты каменной пустыней, а большая часть Средиземья покрыта лесами. Это согласуется со словами Элронда о том, что белки могут добраться от Шира до Изенгарда.
Вы, наверное, спросите, что на Земле больше всего похоже на какое-нибудь место Средиземья. Допустим, кому-то интересно знать, где Земля больше всего похожа на Шир. Модель предсказывает, что среднегодовая температура Шира 7.0°C, а количество осадков – 61 см. в год. Рисунок 5 в части а показывает области Земли, которые имеют такой же климат.
Согласно модели, восточная часть Европы обладает схожим климатом, а климат Белоруссии наиболее приближен к ширскому. Забавно: в Великобритании с Широм по части климата схожи Линкольншир и Лестершир. Климат южных островов Новой Зеландии – идеальное место для того, чтобы снимать фильм о Шире.
Лос-Анджелес и западный Техас наиболее мордороподобны среди всех мордороподобных штатов, в Австралии мордороподобна большая часть Нового Южного Уэльса и городок Алис-Спрингс. Их среднегодовой климат очень похож на климат Мордора.
5. Кое-что важное о чувствительности климата
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) в настоящее время уверенно оценивает чувствительность климата (т.е. температурный отклик Земли на повышение концентрации углекислого газа в атмосфере) как находящуюся в диапазоне от 1,5°С до 4,5°С. Концентрация углекислого газа возрастает не мгновенно, а с течением времени. При нынешнем количестве выбросов концентрация углекислого газа может достичь 560 промилле (сегодняшний уровень 280 промилле) к 2050 году.
Точное значение определить невозможно, потому что модель климата не является копией реальности. Некоторые процессы, влияющие на климат, очень сложны, к примеру, связанные с живыми организмами, химией атмосферы и ледяного покрова Гренландии и Антарктиды, комплексом особенностей атмосферы и океана.
Тем не менее, моделирование дает возможность изучать климат прошлого. В частности, если концентрацию углекислого газа и температурных изменений в прошлом можно выяснить, то в будущем ее можно предположить. Климатологи Бристольского университета стремятся выяснить свойства климата последних 150 миллионов лет, чтобы оценить, как чувствителен климат на самом деле. Они изучают, как чувствительность климата связана с движением континентов, изменением высоты и формы гор, а также и дна океанов. Чем лучше мы понимаем, как происходят процессы на планете (земляне мы или кто?), тем вероятнее мы сможем отыскать в прошлом периоды, когда климат был похож на современный, и предсказать, что нас ждет. Выясненное значение чувствительности климата (с учетом неопределенности) может стать начальной точкой для прогноза изменений климата в будущем, например, с вычислением риска сильной жары или наводнений, связанных с климатом сельскохозяйственных потерь и распространения заболеваний. Это позволит узнать, каковы будут последствия изменений климата для человечества, экосистемы и всей Земли, а также успеть приспособиться к ним (например, построить устойчивые к наводнениям здания или эвакуировать население из опасных районов). Это может стать аргументом против издержек (или добавлением к плюсам) перехода на низкоуглеродную экономику и сокращением выбросов газов, влияющих на парниковый эффект. Оценкой состояния климата занимается МГЭИК. Они делают отчеты каждые 5 лет, затрагивая все аспекты (к сожалению, МГЭИК Средиземья недавно был расформирован после драки на пленарном заседании и казни нескольких ведущих ученых). Отчеты МГЭИК свободно доступны в Интернете и предназначены для политиков, которые принимают решения о том, как делать и что, ведь наше будущее находится в их руках.
6. Перспективы
Я расскажу, как можно смоделировать Средиземье еще точнее. Ученые Бристольского университета не собирались вносить улучшения, но, тем не менее, они запланированы, потому что демонстрирует методы, которыми сейчас пользуются, если хотят лучше понять прошлое и узнать будущее климата Земли.
Климат отдельных областей Средиземья можно было бы смоделировать подробнее, если бы разрешение было выше. В новых моделях блоков больше, соответственно, в них больше деталей, и мелкие особенности воды и воздуха лучше представлены.
В своем исследовании я пользовался только HadCM3L, что привело к неопределенности, потому что HadCM3L – лишь одна модель из многих. Используй я несколько моделей, результаты могли бы отличаться, как различаются представления о протекании некоторых "внутриблоковых" физических процессов. Для снятия неопределенности существуют два подхода: 1) сопоставление объектов из разных моделей; 2) изучение параметрических отклонений. При первом подходе моделируют одно и то же на разных моделях, чтобы изучить то, чем модели будут отличаться. При втором используется одна модель, но меняются вносимые ключевые параметры. Они могут быть неопределенными из-за недостатка сведений или относиться к "внутриблоковым" процессам. Вместе эти подходы дадут совокупность результатов, которые позволят узнать, насколько неопределенна неопределенность в предсказании климата.
На основе моей работы можно провести оценку чувствительности климата Средиземья в пределах неопределенности пограничных условий. Это может быть интересно, учитывая несомненное увеличение концетрации углекислого газа в атмофере из-за того, что творили Саурон и Саруман, и поможет скорректировать области, занятые в сельском хозяйстве, и растительный покров, указанный на картах из архивов библиотек Минас-Тирита.
Модели климата Земли регулярно проходят проверку путем сравнения полученных результатов (уровня осадков и температуры) с обширными наблюдениями сети метеорологических станций. Из-за нехватки времени (Белый Совет покоя мне не дает) я не могу как следует сослаться на аналогичные наблюдения в Срезидемье, то есть на Алую Книгу Западных Окраин (вы ее знаете как "Хоббита" и "Властелина Колец"). В любом случае, необходимо сохранять бдительность, если решитесь мне поверить, потому что модель предсказывает метели в Мглистых горах. Но погода переменчива, потому что атмосфера – неспокойное место. Вспомните пословицу о ширской бабочке, которая вызвала ураган в Мордоре.
Выводы
В своей статье я представил модели климата трех временных периодов: доиндустриальной Земли, позднемеловой Земли и Средиземья. Сильные и слабые стороны моделирования климата были рассмотрены и проиллюстрированы. Я указал на важность оценки чувствительности клтмата в контексте глобального потепления, подчеркнул роль МГЭИК и важность ответственности, возложенной на политиков. Я представил проект изучения чувствительности климата, финансируемый Национальным советом по изучению окружающей среды, который позволит нам лучше понимать происходящее с погодой.
Основные выводы, касающиеся Средиземья:
1. Климат Средиземья распределен аналогично климату западной Европы и Северной Африки.
2. В Мордоре плохой климат независимо от влияния Саурона – там жарко, сухо и мало зелени.
3. Корабли уплывали из Серых Гаваней из-за преобладающих в том регионе ветров.
4. Большая часть Средиземья была покрыта густым лесом, если его не уничтожили драконы, орки, волшебники и так далее.
5. Линкольншир и Лестершир в Великобритании, округ города Данидин на южном острове Новой Зеландии имеют среднегодовой климат, очень похожий на среднегодовой климат Шира.
6. Лос-Анджелес и западный Техас по климату очень похожи на Мордор.
Благодарности
Само собой, я благодарен Дж. Р. Р. Толкину за вдохновение. Эта статья – часть проекта "Pathways to Impact" (грант Национального совета по изучению окружающей среды NE/K014757/1), но она не оплачивалась, и Средиземье было смоделировано в свободное время. Моделирование происходило с использованием вычислительных возможностей Центра компьютерных исследований Бристольского университета. Благодарю JA, EL, ML, RL, PP и SP за комментарии и исправления.
Отдельное спасибо "Гарцующему пони" (особенно Барлиману Баттербуру) за еду и напитки, предоставленные во время планирования и обсуждений моего исследования.
Источники
1. Fonstad, K. W.: The Atlas of Middle Earth, Revised Edition,
2. Houghton Mifflin, 1991. IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis, Cambridge University Press, www.climatechange2013.org/images/uploads/WGIAR5..., 2013a.
3. IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, Cambridge University Press, www.climatechange2013.org/images/uploads/WGLAR5..., 2013b.
4. Tolkien, J. R. R.: The Lord of the Rings, George Allen and Unwin, 1954.
5. Tolkien, J. R. R.: The Shaping of Middle Earth, Unwin Hyman Limited, 1986.
Полноразмер по клику.
Оригинальный атлас и русскоязычный перевод доступны в сети.
URL записиНельзя просто так взять и узнать погоду в Мордоре, если вы, конечно, не ученый Бристольского университета по имени Дэн Лант, который создал модель Средиземья на суперкомпьютере Метеобюро Великобритании. Он сравнил климат Средиземья с нашим и климатом времен существования динозавров, доказав, что погода Шира не слишком отличалась от погоды средневосточной Англии, а Мордор лежал в субтропиках, совсем как Лос-Анджелес или Техас.
Статья доступна на английском, гномьем и эльфийском языках - наконец эльфы узнают, почему именно Гавани, а гномы - по какую сторону от Мглистых гор не ждать дождя.
читать на русском языке
Климат Средиземья
(The Climate of Middle-Earth)
(The Climate of Middle-Earth)
Краткое содержание
В этой статье я предлагаю вам рассмотреть и обсудить климатическую модель Средиземья – того самого, с эльфами, гномами, хоббитами и волшебниками вроде меня. Мы исследуем модель, которая представляет собой симуляцию климата Средиземья, почти современной Земли и эпохи 65-миллионолетней давности, когда планетой правили динозавры.
Не все особенности Средиземья представлены в модели совершенно точно. К таким особенностям относятся точные сведения о преобладающем ветре в местах отправления эльфийских кораблей, о влиянии теплового эффекта и засухи на растительность Мордора и дождевой тени в Мглистых горах. Зато я отыскал места в современном мире, где климат точь-в-точь как в Шире или Мордоре.
Обоснована важность оценки воздействия климатических эффектов, таких как реакция почвы на повышенную концентрацию углекислого газа в атмосфере, представлены приемы моделирования и реконструкции климатических процессов последних миллионов лет. Подчеркнута роль Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) в оценке изменений климата и возложению на политиков некоторых обязанностей.
1. Введение
Для прогнозирования погоды и изменений климата используются компьютерные модели атмосферы, поверхности суши и мирового океана. Они основаны на точнейших теоретических расчетах и всех наших знаниях о движении воды, физике, химии, биологии, которые записаны в виде уравнений и создают форму, легко изменяемую с помощью компьютера.
Модели климата и модели, используемые для кратковременного прогнозирования погоды очень похожи друг на друга, но модели климата имитируют более длительные периоды времени, чем погодные (года и столетия, в отличие от дней и недель) и, следовательно, имеют меньшую пространственную разрешенность из-за ограниченных возможностей компьютера (обычная шкала – километры, а не сотни километров). Модель прогнозирования климата является неотъемлемой частью политического и общественного планирования на ближайшие десятилетия. Недавняя сводка МГЭИК обобщила множество подобных прогнозов.
Поскольку модели климата основаны на фундаментальных научных данных, они могут применяться во многих случаях. Модели климата не предназначены исключительно для моделирования климата современной Земли, фундаментальная наука может опереться на них для моделирования любого климатического периода прошлого. Единственное условие для воссоздания климата – моделирующий должен внести в модель пограничные условия, то есть карты и неустойчивые факторы, не предусмотренные моделью. Например, пространственные карты с указанием самых высоких точек местности (топографические) и глубины океана (батиметрические), характеристики горных пород и почв, концентрацию основных атмосферных составляющих (озона и углекислого газа). Дополнительными определяющими параметрами, необходимыми для моделирования, являются солнечная активность, радиус и скорость вращения планеты.
Корректировка модели для имитации прошлого может быть очень полезна, потому что по итогам испытания производительности моделей и наблюдения за ними мы можем получить теоретически верный результат. В случае моделирования временных периодов, когда систематические наблюдения за погодой еще не велись, мы полагаемся на косвенную информацию о климате прошлого. Мы берем ее из древесных колец и ледяного покрова, окаменелостей растений и животных. В результате, хотя мы понимаем, что в этих "посредниках" содержатся неопределенности и ошибки (они могут быть и в самих пограничных условиях), становится возможным воссоздание климата прошлого, климата того времени, когда Земля очень отличалась от современной.
Меняя топографические и батиметрические карты, скорость вращения и радиус Земли, мы можем создавать модели климата для имитации любой планеты, реальной или воображаемой.
В статье представлены три модели климата – доиндустриальной Земли, позднемеловой Земли, т.е. около 65 миллионов лет назад, незадолго до вымирания, в результате которого исчезли динозавры) и Средиземья – земли хоббитов, эльфов, гномов, волшебников и орков.
Цель статьи состоит из трех частей:
1. Продемонстрировать научность и гибкость климатических моделей.
2. Смоделировать климат Средиземья и немного легкомысленно интерпретировать его.
3. Рассмотреть сильные и слабые стороны климатических моделей в целом, рассказать, как можно воссоздать Средиземье еще лучше.
2. Описание модели
Я использовал климатическую модель HadCM3L, разработанную в Метеобюро Великобритании. Она способна имитировать атмосферу, океан и поверхность земли. Как и большинство климатических моделей, HadCM3L представляет мир в виде трехмерной разбитой на блоки сетки, изображающей поверхность, океан и атмосферу до самых низких и высоких точек. Размер одного блока – 3,75 градусов долготы и 2,5 градуса широты. Высота меняется в зависимости от расстояния от поверхности – блоки, расположенные вблизи поверхности, имеют меньшую высоту, чем те, что расположены в верхней части атмосферы или в нижней части океана. Блоки – 96 с запада на восток, 73 с севера на юг, 20 вниз и 19 вверх (более четверти миллиона блоков, хотя не все из них эффективно задействованы) – образуют матрицу, которая охватывает весь мир.
В матрице сформулированы и решены основные уравнения, отвечающие за движения воздуха и морские течения. Они учитывают, что Земля крутится вокруг своей оси. В системе также учтены добавочная энергия светового и теплового излучения Солнца, поглощаемого Землей, и энергия, уходящая из системы через выделение тепла и отражения солнечного света в космос.
Все переменные в модели следует рассматривать как средние значения, взятые для одного блока, так как модель не может представить информацию в меньшем, чем один блок, масштабе. То есть, можно смоделировать Великобританию или Мордор, а вот Бристоль или Бри – уже нет. Существует множество процессов, происходящих в более мелком пространственном масштабе, чем в масштабе одного блока. Таким образом, модель параметризирует (выделяет только основные параметры) "внутриблоковых" процессов, например, формирования облаков, турбулентности или волнений в океане. Отображение "внутриблоковых" процессов привносит неопределенность в моделирование климата (закономерности движений жидкости и теплообмена изучаются в течение последних столетий, но так и не изучены до конца). Кроме процессов в атмосфере и океане, модель способна отобразить некоторые процессы на поверхности суши и воды, в том числе процессов, связанных с морским льдом, влажностью почвы и, в нашем случае, ростом и распределением растительного покрова.
Сначала модель показывает изначальное значение всех переменных, которые она прогнозирует (температуры, давления, скорости ветра, снежного покрова, плотности морской воды), а затем перемещается в будущее с длиной шага от 10 до 30 минут. Погодные системы развиваются и изменяются, выпадают осадки, времена года приходят и уходят, идут года "модельного времени" (1 год времени модели равен 2 годам реального времени). Наконец, погода, которую прогнозирует модель, усредняется за последние годы или десятилетия. Получившаяся климатическая карта включает в себя как погоду в среднем, так и весь климат, смоделированный HadCM3L.
HadCM3L – довольно сложная модель, известная как "General Circulation Model" (модель общей циркуляции) или GCM, но уже не ультрасовременная. Она оперирует меньшим количеством процессов и имеет меньше блоков (т.е. работает на более низком разрешении), чем те, которые используются для последних сообщений МГЭИК. Тем не менее, она оказалась полезной для достижения целей, так как ее устойчивая эффективность вычислений дала возможность проделать длительную работу и достичь постоянного результата. Начальные данные, введенные мною в модель, довольно сильно отличаются от окончательно спрогнозированного климата.
3. Как это работало
В статье представлены три климатических модели, созданные на HadCM3L. Первая – Земля до начала масштабной индустриализации (1800-1850), то есть доиндустриальная Земля. Вторая, позднемеловая Земля, моделирует период незадолго до вымирания динозавров (конец мела, ок. 65 млн. лет назад), а третья, Средиземье, прогнозирует его климат.
Глобальные настройки этих моделей очень похожи. Единственное важное отличие – пограничные условия.
Для создания первой модели я использовал стандартные доиндустриальные пограничные условия, предоставленные Метеобюро Великобритании. Они получены из наблюдений за современным устройством Земли, из топографических и батиметрических карт, а также на основе поверхностных характеристик суши. Модель использует 0,28% концентрацию углекислого газа (280 частей на 1 млн. или 280 промилле). Это значение получено из пузырька доиндустриальной атмосферы, извлеченного из 200-летнего льда Антарктиды. Стоит отметить, что ледяные керны (трубы-ледобуры, проникающие под лед на многие километры) позволяют нам узнать, каково было содержание углекислого газа в атмосфере 800 тысяч лет назад. Так стало известно, что между периодами наступания ледника на материк и теплого межледниковья концентрация углекислого газа циклично колебалась между 180 и 280 промилле. Нынешняя концентрация углекислого газа – 397 промилле, что значительно выше естественной границы из-за сжигания ископаемого топлива и вырубки лесов.
Для Земли динозавров начальной точкой стало относительно высокое разрешение (полградуса широты на полградуса долготы) топографической карты (координаты горных вершин) и батиметрической карты (координаты подводных впадин) времен позднего мела (65 млн. лет назад), предоставленное консультативной геологической компанией Getech (www.getech.com). Компания специализируется на детальных исследованиях научной литературы и информации, извлеченной из окаменелостей, горных пород и глубоководных отложений, чтобы восстановить состояние древней Земли, включая состояние ее атмосферы и океана. На основе этой карты были определены и перенесены в пространство модели необходимые пограничные условия. Были внесены некоторые добавочные характеристики, например, отражающая способность почвы (альбедо), способность к удержанию влаги и аккумуляции тепла. Поверхностные характеристики Земли динозавров были установлены с постоянными значениями координат надземных точек, аналогичными современным.
Для Средиземья все пространственные и пограничные условия взяты из карт и рукописей богатых архивов Ривенделла (Tolkien, 1954, 1986; Fonstad, 1991). Начальная точка – топографическая и батиметрическая карты, взятые из атласа северного полушария Арды времен Второй Эпохи (Средиземье – небольшая часть Арды, но, поскольку мы рассматриваем только ее, в дальнейшем мы будем называть Арду Средиземьем, будь то она вся или отдельная ее часть). Нам пришлось немало потрудиться, чтобы точно перенести рисунки, и из-за ограниченности времени это, возможно, не было сделано так дотошно, как следовало бы (а еще я в тот день потерял свои очки). Кроме того, существует некоторая неопределенность в отображении оригинальных карт на сферическом мире и, вероятно, другие, не менее подходящие или лучшие изображения могли бы сказаться на результате. Наконец, многие легенды Средиземья (например, обнаружение и окончательное уничтожение Кольца) рассказывают о событиях Третьей Эпохи, но я предполагаю, что климат этих периодов был схож.
Площади каждого блока в модели присвоена определенная высота над уровнем моря, рассчитанная по средней топографии кластера, включающего этот блок. Предгорьям присвоена высота в 2000 метров над уровнем моря, горным массивам – 4000 метров, реки имеют высоту в 100 метров, другие материковые образования – 300 метров. Кроме того, к высоте каждого блока было добавлено небольшое случайное значение, чтобы учесть вероятность, не укладывающуюся в исходную карту. Океан становится глубже с удалением от берега, максимальная глубина достигает 4000 метров. Нам пришлось решить, как обернуть, по-видимому, плоский мир Средиземья вокруг сферы, чего требовала модель, и я пошел простым путем – расположил на общей карте сетку широты и долготы, а угловые области отметил как водное пространство.
В результате общая карта имела разрешение полградуса широты на полградуса долготы (см. рис. 1). На нее было нанесено предполагаемое размещение растительности во всем Средиземье, которое изменялось во время моделирования (см. рис. 4, где изображен окончательный результат). Общая топография всех климатических моделей показана на рис. 2.
Модель климата современной Земли будет достаточно точной для тысячи лет, климат Земли эпохи динозавров точен для промежутка в 500 лет. Модель Средиземья прогнозирует климат для временного отрезка в 70 лет и, вероятно, далека от идеала.
При создании первой и второй модели для первых пятидесяти лет была взята концентрация углекислого газа в 280 промилле, а для всех оставшихся лет – 1120 промилле (доиндустриальный уровень содержания углекислого газа, умноженный на 4). Повышенное содержание углекислого газа в Средиземье может быть истолковано как следствие выбросов Роковой Горы.
Наконец, я предполагаю, что радиус, скорость вращения и длина суток Земли и Средиземья одинаковы, как и направление вращения (закат на западе). Кроме того, солнечная активность в сочетании с расстоянием от Земли и наклон оси вращения Земли приводит к одинаковым сезонным колебаниям длительности светового дня что на Земле, что в Средиземье.
Рис. 1. Карта топографии и батиметрии Средиземья в высоком разрешении, использующая метры в качестве единиц. Отображенный мир - Вторая Эпоха Арды, но рассматривается только его часть, известная как Средиземье (выделен красным прямоугольником).
Доиндустриальная Земля
Позднемеловая Земля
Средиземье
Рис. 2. Модель топографической карты (в метрах) а) современной Земли, b) Земли динозавров, с) Средиземья. Черные линии обозначают границы континентов, океан выделен белым. Красный прямоугольник показывает положение рассматриваемой области (см. рис. 3).
4. Результаты
Смоделированные среднегодовая температура, осадки (дождь и снег), скорость и направление зимних ветров в районе Европы и северной Атлантики (для современной и позднемеловой Земли) и в Средиземье показаны на рисунке 3. Ареалы среднегодовой температуры (используется шкала Цельсия), осадков (усредненное значение мм\день), ветров и среднеатмосферного давления (геопотенциальная [сноску] высота 500 мбар, используемая единица - метр) в восточной Европе, северной Атлантике позднего мела и Средиземья. Расположение указанных регионов на общей карте см. на рис.2. Среднегодовые значения рассчитываются на основе последних 30 лет модели современной Земли, 50 лет для модели позднего мела и 10 лет для модели Средиземья. Это не скажется на результатах. Жирными черными линиями отмечены очертания континентов, тонкие черные контуры обозначают рельеф. Океан показан разными оттенками синего, обозначающими глубину.
Доиндустриальная Земля
Климат доиндустриальной Земли (см. рис. 3, части а, d, g) был сверен с недавними метеорологическими наблюдениями и с другими моделями, используемыми МГЭИК. Модель неплохо отображает многие стороны климата, хотя довольно бедно, если сравнивать с более поздними моделями. Это неудивительно, учитывая ее относительно низкое разрешение и недавние улучшения в проектировании "внутриблоковых" процессов (например, связанных с облаками).
Поздний мел, Земля динозавров
Температура, осадки, ветры и атмосферное давление показаны на рисунке три в частях b, e и h. Континентальный дрейф, тектонические сдвиги и изменения дна океана неузнаваемо преобразили Землю за последние 65 миллионов лет, и модель является лишь одной из серии, изготовленной учеными Бристольского университета. Серия охватывает последние 150 миллионов лет, и модели изучаются достаточно подробно. Их данные проверяются по геологической летописи, что дает возможность уверенно моделировать климат прошлого. Ученые Бристольского университета заинтересованы в связях между чувствительностью климата в прошлом и будущем. Чувствительность климата – мера того, насколько теплее становится Земля из-за возрастании концентрации углекислого газа в атмосфере. Это наш помощник, потому что позволяет узнать шансы Земли на глобальное потепление. Чувствительность климата проявляется как повышение средней температуры поверхности, которое неизбежно, если концентрация углекислого газа будет возрастать. Земле потребуется несколько веков или миллионов лет, чтобы войти в равновесие, но самый заметный скачок температуры произойдет в первые несколько десятилетий после удвоения содержания углекислого газа. Более подробная информация о чувствительности климата находится в следующем разделе.
Средиземье
Температура у поверхности земли в Средиземье показана на рисунке 3 в части с.
Связь между температурой и широтой прозрачна – более северные области относительно прохладные (в северных землях Фородвайт среднегодовая температура ниже нуля), более южные значительно теплее (среднегодовая температура земли Харад более 30°C). В первом приближении климат Средиземья похож на климат западной Европы и Северной Африки. Я предполагал, что Средиземье – часть шарообразной планеты (хотя Саруман посчитал мою идею смешной), и близкие к экватору области лежат под самым солнцем, а более близкие к полюсу находятся под углом и получают меньше солнечного тепла за год.
Как и Земля, Средиземье вращается вокруг оси, которая наклонена относительно орбиты планеты вокруг солнца. Это значит, что в Средиземье существует смена времен года.
Горные области (например, Мглистые горы) более холодные, чем низменности – с ростом высоты температура воздуха снижается, так как восходящие воздушные потоки теряют тепло при подъеме.
На востоке Мглистых гор температура понижается, и будет снижаться тем больше, чем восточнее мы проследуем. Это происходит потому, что, как и в европейских областях нашей Земли, чем дальше от океана, тем сильнее «континентальность» – то есть, более холодная зима и более жаркое лето. Но зима становятся холоднее быстрее, чем теплеет лето, также снижается количество выпадающих осадков. Моделирующая осадки карта находится в части f на рисунке 3.
Больше всего осадков выпадает на западе горных районов, т.е. восточная область Мглистых гор находится в «дождевой тени». Преобладающий ветер приносит с запада влажный воздух океанов на континент, воздух, поднимаясь над горами, охлаждается, вода конденсируется, образует облака и выпадает в виде дождя или снега. На восточной стороне воздух более сух, и осадков меньше.
Области на дальнем юге Средиземья, южнее Мордора и Харада, очень сухие. Это субтропические регионы, похожие на область пустыни Сахара на Земле. Субтропики сухие, потому что лежат в климатической ячейке Гадлея – там, где воздух опускается к поверхности с большой высоты, чтобы вернуться к экватору. Нисходящие воздушные потоки не несут дождей, потому что чем теплее воздух, тем больше влаги в виде пара он способен удержать.
Поверхностная скорость ветра, его направление и среднее атмосферное давление в Средиземье показано на рисунке 3 в части i.
Видно, что в южных областях с запада на восток дует сильный прибрежный ветер (например, в заливе Белфалас), а на севере дуют восточные ветры. Это объясняет, почему суда, отправлявшиеся в Бессмертные Земли, отплывали из Серых Гаваней – они расположены в районе восточных ветров.
Модель растительного покрова позволяет нам изучить растительность Средиземья. Она не учитывает нарушения покрова, связанные с неестественными причинами (лесные пожары, вызванные драконами, вырубка леса гномами, сбор табака хоббитами или бессмысленное истребление орками). Модель Земли также не учитывает участие человека в изменении растительности (например, не учтена вырубка лесов Амазонки). Модель растительности Средиземья показана на рисунке 4 и тесно связана с моделью уровня осадков и температуры.
В дальнеюжных сухих районах лежат пустыни, в Мордоре произрастает мелкий кустарник, вершины Мглистых гор, Синих гор и Железных холмов покрыты каменной пустыней, а большая часть Средиземья покрыта лесами. Это согласуется со словами Элронда о том, что белки могут добраться от Шира до Изенгарда.
Вы, наверное, спросите, что на Земле больше всего похоже на какое-нибудь место Средиземья. Допустим, кому-то интересно знать, где Земля больше всего похожа на Шир. Модель предсказывает, что среднегодовая температура Шира 7.0°C, а количество осадков – 61 см. в год. Рисунок 5 в части а показывает области Земли, которые имеют такой же климат.
Рис. 5
(a,b,c) Синим цветом отмечено, где Земля больше всего похожа на Шир по количеству осадков, зеленым - по температуре, красным - по обоим параметрам. Аналогично о Мордоре (c,d,e)
(a,b,c) Синим цветом отмечено, где Земля больше всего похожа на Шир по количеству осадков, зеленым - по температуре, красным - по обоим параметрам. Аналогично о Мордоре (c,d,e)
Согласно модели, восточная часть Европы обладает схожим климатом, а климат Белоруссии наиболее приближен к ширскому. Забавно: в Великобритании с Широм по части климата схожи Линкольншир и Лестершир. Климат южных островов Новой Зеландии – идеальное место для того, чтобы снимать фильм о Шире.
Лос-Анджелес и западный Техас наиболее мордороподобны среди всех мордороподобных штатов, в Австралии мордороподобна большая часть Нового Южного Уэльса и городок Алис-Спрингс. Их среднегодовой климат очень похож на климат Мордора.
5. Кое-что важное о чувствительности климата
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) в настоящее время уверенно оценивает чувствительность климата (т.е. температурный отклик Земли на повышение концентрации углекислого газа в атмосфере) как находящуюся в диапазоне от 1,5°С до 4,5°С. Концентрация углекислого газа возрастает не мгновенно, а с течением времени. При нынешнем количестве выбросов концентрация углекислого газа может достичь 560 промилле (сегодняшний уровень 280 промилле) к 2050 году.
Точное значение определить невозможно, потому что модель климата не является копией реальности. Некоторые процессы, влияющие на климат, очень сложны, к примеру, связанные с живыми организмами, химией атмосферы и ледяного покрова Гренландии и Антарктиды, комплексом особенностей атмосферы и океана.
Тем не менее, моделирование дает возможность изучать климат прошлого. В частности, если концентрацию углекислого газа и температурных изменений в прошлом можно выяснить, то в будущем ее можно предположить. Климатологи Бристольского университета стремятся выяснить свойства климата последних 150 миллионов лет, чтобы оценить, как чувствителен климат на самом деле. Они изучают, как чувствительность климата связана с движением континентов, изменением высоты и формы гор, а также и дна океанов. Чем лучше мы понимаем, как происходят процессы на планете (земляне мы или кто?), тем вероятнее мы сможем отыскать в прошлом периоды, когда климат был похож на современный, и предсказать, что нас ждет. Выясненное значение чувствительности климата (с учетом неопределенности) может стать начальной точкой для прогноза изменений климата в будущем, например, с вычислением риска сильной жары или наводнений, связанных с климатом сельскохозяйственных потерь и распространения заболеваний. Это позволит узнать, каковы будут последствия изменений климата для человечества, экосистемы и всей Земли, а также успеть приспособиться к ним (например, построить устойчивые к наводнениям здания или эвакуировать население из опасных районов). Это может стать аргументом против издержек (или добавлением к плюсам) перехода на низкоуглеродную экономику и сокращением выбросов газов, влияющих на парниковый эффект. Оценкой состояния климата занимается МГЭИК. Они делают отчеты каждые 5 лет, затрагивая все аспекты (к сожалению, МГЭИК Средиземья недавно был расформирован после драки на пленарном заседании и казни нескольких ведущих ученых). Отчеты МГЭИК свободно доступны в Интернете и предназначены для политиков, которые принимают решения о том, как делать и что, ведь наше будущее находится в их руках.
6. Перспективы
Я расскажу, как можно смоделировать Средиземье еще точнее. Ученые Бристольского университета не собирались вносить улучшения, но, тем не менее, они запланированы, потому что демонстрирует методы, которыми сейчас пользуются, если хотят лучше понять прошлое и узнать будущее климата Земли.
Климат отдельных областей Средиземья можно было бы смоделировать подробнее, если бы разрешение было выше. В новых моделях блоков больше, соответственно, в них больше деталей, и мелкие особенности воды и воздуха лучше представлены.
В своем исследовании я пользовался только HadCM3L, что привело к неопределенности, потому что HadCM3L – лишь одна модель из многих. Используй я несколько моделей, результаты могли бы отличаться, как различаются представления о протекании некоторых "внутриблоковых" физических процессов. Для снятия неопределенности существуют два подхода: 1) сопоставление объектов из разных моделей; 2) изучение параметрических отклонений. При первом подходе моделируют одно и то же на разных моделях, чтобы изучить то, чем модели будут отличаться. При втором используется одна модель, но меняются вносимые ключевые параметры. Они могут быть неопределенными из-за недостатка сведений или относиться к "внутриблоковым" процессам. Вместе эти подходы дадут совокупность результатов, которые позволят узнать, насколько неопределенна неопределенность в предсказании климата.
На основе моей работы можно провести оценку чувствительности климата Средиземья в пределах неопределенности пограничных условий. Это может быть интересно, учитывая несомненное увеличение концетрации углекислого газа в атмофере из-за того, что творили Саурон и Саруман, и поможет скорректировать области, занятые в сельском хозяйстве, и растительный покров, указанный на картах из архивов библиотек Минас-Тирита.
Модели климата Земли регулярно проходят проверку путем сравнения полученных результатов (уровня осадков и температуры) с обширными наблюдениями сети метеорологических станций. Из-за нехватки времени (Белый Совет покоя мне не дает) я не могу как следует сослаться на аналогичные наблюдения в Срезидемье, то есть на Алую Книгу Западных Окраин (вы ее знаете как "Хоббита" и "Властелина Колец"). В любом случае, необходимо сохранять бдительность, если решитесь мне поверить, потому что модель предсказывает метели в Мглистых горах. Но погода переменчива, потому что атмосфера – неспокойное место. Вспомните пословицу о ширской бабочке, которая вызвала ураган в Мордоре.
Выводы
В своей статье я представил модели климата трех временных периодов: доиндустриальной Земли, позднемеловой Земли и Средиземья. Сильные и слабые стороны моделирования климата были рассмотрены и проиллюстрированы. Я указал на важность оценки чувствительности клтмата в контексте глобального потепления, подчеркнул роль МГЭИК и важность ответственности, возложенной на политиков. Я представил проект изучения чувствительности климата, финансируемый Национальным советом по изучению окружающей среды, который позволит нам лучше понимать происходящее с погодой.
Основные выводы, касающиеся Средиземья:
1. Климат Средиземья распределен аналогично климату западной Европы и Северной Африки.
2. В Мордоре плохой климат независимо от влияния Саурона – там жарко, сухо и мало зелени.
3. Корабли уплывали из Серых Гаваней из-за преобладающих в том регионе ветров.
4. Большая часть Средиземья была покрыта густым лесом, если его не уничтожили драконы, орки, волшебники и так далее.
5. Линкольншир и Лестершир в Великобритании, округ города Данидин на южном острове Новой Зеландии имеют среднегодовой климат, очень похожий на среднегодовой климат Шира.
6. Лос-Анджелес и западный Техас по климату очень похожи на Мордор.
Благодарности
Само собой, я благодарен Дж. Р. Р. Толкину за вдохновение. Эта статья – часть проекта "Pathways to Impact" (грант Национального совета по изучению окружающей среды NE/K014757/1), но она не оплачивалась, и Средиземье было смоделировано в свободное время. Моделирование происходило с использованием вычислительных возможностей Центра компьютерных исследований Бристольского университета. Благодарю JA, EL, ML, RL, PP и SP за комментарии и исправления.
Отдельное спасибо "Гарцующему пони" (особенно Барлиману Баттербуру) за еду и напитки, предоставленные во время планирования и обсуждений моего исследования.
Источники
1. Fonstad, K. W.: The Atlas of Middle Earth, Revised Edition,
2. Houghton Mifflin, 1991. IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis, Cambridge University Press, www.climatechange2013.org/images/uploads/WGIAR5..., 2013a.
3. IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers, Cambridge University Press, www.climatechange2013.org/images/uploads/WGLAR5..., 2013b.
4. Tolkien, J. R. R.: The Lord of the Rings, George Allen and Unwin, 1954.
5. Tolkien, J. R. R.: The Shaping of Middle Earth, Unwin Hyman Limited, 1986.
карта Средиземья из атласа К. Ф. Фонстад
Полноразмер по клику.
Оригинальный атлас и русскоязычный перевод доступны в сети.