Почему климатическая «норма» не предсказывает погоду будущего

Средняя температура за 30 лет выглядит убедительно именно потому, что сглаживает неровности. Для инженера, который рассчитывает систему охлаждения или водоснабжения, это полезная отправная точка. Но среднее не показывает, сколько дней окажутся жаркими подряд, совпадёт ли жара с засухой и выдержит ли инфраструктура редкое сочетание нагрузок.

Всемирная метеорологическая организация определяет стандартную климатологическую норму как среднее за последовательный 30-летний период. Сейчас к таким периодам относится, например, 1991–2020 годы. Норма нужна как справочная точка для сравнения текущих условий и оценки того, какие условия обычно наблюдались в конкретном месте. Но она не обещает, что следующий период будет статистически похож на предыдущий.

Почему этого недостаточно для оценки будущего риска, разбирают Тимо Келдер и соавторы в статье Nature Communications, опубликованной 10 марта 2025 года. Это рецензированная обзорная статья формата Perspective, а не новый эксперимент. Авторы сопоставляют четыре линии доказательств: наблюдательную статистику, исторические записи и природные архивы, физически согласованные сценарии отдельных событий, а также погодные и климатические модели. Затем они обсуждают, как использовать эти данные при подготовке к необычной погоде.

Среднее не описывает хвост распределения

Два 30-летних периода могут иметь одинаковую среднюю температуру, но различаться по числу жарких дней, длительности волн тепла и сочетанию жары с засухой. Среднее сообщает о центре распределения, но почти ничего не говорит о его краях. Именно там находятся события, которые создают наибольшую нагрузку на энергосистемы, больницы, транспорт и водоснабжение.

Короткий ряд наблюдений создаёт ещё одну проблему. Редкое событие может просто не попасть в него. Если расчётный период повторяемости длиннее ряда наблюдений, неопределённость оценки резко возрастает. Авторы статьи предупреждают, что методы, основанные на прошлом, ограничены тем, что было физически правдоподобно в прежнем климате. Если изменятся механизмы экстремумов, измениться может не только среднее значение, но и само распределение событий.

В оценке 2021 года Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) пришла к выводу, что по мере глобального потепления будут чаще возникать события, беспрецедентные в наблюдаемом ряду. Такой рост ожидается даже при потеплении на 1,5 °C, причём относительное увеличение частоты может быть выше для самых редких экстремумов.

Риск осложняется тем, что опасные явления способны совпадать. Жара может прийти одновременно с засухой, а последствия сильного дождя зависят от того, насколько почва уже насыщена водой и что происходило перед ливнем. МГЭИК отмечает, что несколько одновременных или последовательных экстремумов могут привести к более сильным последствиям, чем те же явления по отдельности.

Наконец, ущерб определяется не одной погодой. В оценке риска важны экспозиция, то есть количество людей и объектов под воздействием, и уязвимость, то есть вероятность ущерба и способность восстановиться. Один и тот же ливень по-разному повлияет на районы с разной застройкой, состоянием коммуникаций и доступом к помощи.

Четыре способа расширить короткую историю наблюдений

Келдер и соавторы не предлагают заменить один метод другим. Их вывод устроен иначе: разные источники отвечают на разные вопросы, поэтому их следует сопоставлять.

Наблюдения и статистика

Инструментальные измерения показывают, что действительно происходило. На их основе строят статистические оценки вероятности экстремумов и расчётные значения для инженерных систем. Это сильная сторона метода: он опирается на реальные события.

Но наблюдательные ряды часто коротки и пространственно неполны. Станции распределены неравномерно, а измерение в одной точке не всегда описывает событие в большом регионе. Результат также зависит от выбранного статистического распределения, качества измерений и предположения о том, насколько свойства климата остаются постоянными.

В меняющемся климате последнее предположение особенно важно. Статистика прошлого может быть корректной для прошлого ряда и всё же плохо описывать будущие условия.

Исторические записи и природные архивы

Старые измерения, дневники, документы и природные индикаторы, например годичные кольца деревьев, ледяные керны и отложения, позволяют расширить временной контекст. Событие, которое выглядит рекордным в современной серии, могло происходить раньше.

Авторы приводят пример Оксфорда. В сентябре 2024 года там выпало 193,3 мм осадков. Этот месяц стал вторым самым влажным за более чем 250 лет наблюдений. Рекорд сохраняет сентябрь 1774 года, примерно на 15% более влажный. Историческая запись не делает современный ливень безопасным, но меняет оценку его редкости.

У старых данных есть собственные ограничения. Датировки могут быть неточными, а пространственное и временное разрешение обычно хуже современного. Кроме того, последствия прошлого события нельзя напрямую переносить на нынешний город: застройка, численность населения, дороги и критическая инфраструктура могли измениться.

Сценарии отдельных событий

Физически согласованный сценарий описывает возможное развитие конкретной жары, засухи или серии ливней при заданных условиях. Такой сценарий прежде всего проверяет физическую правдоподобность события и его последствия. Он не обязательно сообщает точную вероятность.

В примере для района Эйндховена авторы сопоставляют несколько источников. Наблюдения показывают изменение максимальных температур, реконструкции указывают на необычное лето 1540 года, а сценарий жары июля 2019 года в мире, который теплее на 2 °C, даёт температуру до 45 °C. Климатические модели при сценарии высоких выбросов показывают около 48 °C к концу века. Авторы отдельно отмечают, что эта оценка может быть заниженной.

Эти значения нельзя считать четырьмя независимыми прогнозами одной и той же температуры. Они показывают другое: разные методы позволяют рассмотреть физически правдоподобную жару за пределами современного рекорда. Такой сценарий полезен для проверки планов городских служб и инфраструктуры, но не заменяет вероятностную оценку, необходимую, например, для расчёта страхового риска. При узко заданных условиях сценарий также может не охватить другие возможные варианты.

Климатические модели

Ансамбли моделей позволяют исследовать больше вариантов погоды, чем содержится в коротком ряду наблюдений. Они могут показать физически согласованные сочетания условий, которые ещё не были зарегистрированы в конкретном регионе.

Однако модельный результат не равен измерению. Он зависит от того, насколько хорошо модель воспроизводит нужные процессы, от пространственного разрешения и размера ансамбля. Коррекция смещения может улучшить соответствие базовым данным, но иногда создаёт искусственные экстремумы или нарушает согласованность между осадками и стоком.

Поэтому четыре линии доказательств дополняют друг друга. Наблюдения показывают произошедшее. Исторические и природные архивы расширяют временной контекст. Сценарии отдельных событий исследуют физически возможное развитие конкретной угрозы. Модельные ансамбли помогают изучать варианты за пределами зарегистрированного прошлого.

От нового среднего к проверке устойчивости

Если будущее нельзя описать одним новым средним, планирование должно учитывать не только обычные условия, но и правдоподобные сочетания угроз, которые способны выдержать городские системы.

Келдер и соавторы используют для этого концептуальную «пирамиду адаптации». Это схема для обсуждения мер, а не результат отдельного количественного испытания. Нижний, трансформационный уровень меняет условия, создающие уязвимость. Средний, постепенный, укрепляет уже существующую инфраструктуру. Верхний, реактивный, включает краткосрочные предупреждения, подготовку и реагирование.

Предупреждения нужны для ближайших угроз, но необычному прогнозу могут не поверить, если он сильно отличается от прежнего опыта. Сценарии и местный контекст помогают представить событие, которое ещё не наблюдалось, и проверить планы служб до наступления кризиса.

Постепенная адаптация предполагает стресс-тестирование энергоснабжения, водопровода, больниц и транспорта на редкие или составные события. Для этого можно использовать не только зарегистрированные рекорды, но и физически согласованные сценарии.

Трансформационная адаптация касается причин уязвимости: того, как устроена городская застройка, кто имеет доступ к базовым услугам и где размещена критическая инфраструктура. Она не отменяет краткосрочную готовность и ремонт существующих систем, но задаёт более долгий вопрос: почему одна и та же опасность приводит к разному ущербу в разных местах.

Авторы связывают этот вопрос с последствиями ураганов «Ирма» и «Мария» в Карибском регионе. В Пуэрто-Рико ущерб усилило состояние энергосистемы и критически важных услуг. Этот пример показывает, почему оценка риска не сводится к силе стихии. Значение имеют также условия, в которых люди встречают опасность, и доступная им поддержка.

Похожую проблему создают крупномасштабные климатические процессы: один и тот же Эль-Ниньо может быть связан с засухой в одном регионе и наводнениями в другом. Механизм такой связи разобран в материале о том, почему один Эль-Ниньо вызывает засухи в одних регионах и наводнения в других. Для адаптации это означает, что глобальный показатель не заменяет анализа конкретного места.

Что показывает статья и чего она не доказывает

Сильная сторона работы Келдера и соавторов в сопоставлении методов. Авторы не предлагают заменить наблюдения моделями или сценариями. Они показывают, какую информацию даёт каждый подход и где заканчивается его надёжность.

Но Perspective не является новым наблюдательным исследованием, экспериментом или количественной оценкой эффективности конкретной меры адаптации. Статья систематизирует способы анализа необычной погоды и обсуждает их применение в планировании. Она не доказывает, что любая из предложенных мер обязательно снизит ущерб.

Оценка МГЭИК относится к состоянию научных данных на 2021 год. Для конкретного города, водосборного бассейна или объекта инфраструктуры нужны региональные наблюдения, сведения об экспозиции и уязвимости, а также проверка подходящих сценариев. Старые записи и модели расширяют картину, но не устраняют неопределённость.

Климатическая норма остаётся полезной справочной точкой. Ошибка начинается там, где её принимают за единственный образ будущего. Оценка риска требует сопоставить наблюдения, исторические свидетельства, физически согласованные сценарии и модельные ансамбли, а затем проверить, выдерживают ли системы редкие и совпадающие угрозы. Будущее нельзя восстановить одной цифрой среднего, но неопределённость можно превратить в предмет расчёта и подготовки.

Источники

1. Kelder T. et al. How to stop being surprised by unprecedented weather. Nature Communications. 2025;16:2382. Рецензированная обзорная статья формата Perspective. Полный текст на сайте издателя; PDF; DOI: 10.1038/s41467-025-57450-0.
2. Seneviratne S. I. et al. Weather and Climate Extreme Events in a Changing Climate. В: Climate Change 2021: The Physical Science Basis, глава 11, Шестой оценочный доклад МГЭИК, Рабочая группа I. 2021. Текст главы на сайте МГЭИК.
3. World Meteorological Organization. WMO Climatological Normals. Определения и справочные материалы ВМО.

Фото: Khusen Rustamov / Pexels