Введение

Колебания температуры Земли во времени
более поздние изменения температуры, измеренные научными приборами
записи экстремальных погодных явлений
изменения температуры в других временных масштабах

Глобальная температурная летопись показывает колебания температуры атмосферы и океанов в течение различных периодов времени. Существует множество оценок температуры, начиная с конца плейстоценового оледенения, особенно в течение нынешней голоценовой эпохи. Некоторые данные о температуре доступны по геологическим свидетельствам, уходящим в прошлое на миллионы лет. В последнее время информация, полученная из кернов льда, охватывает период с 800 000 лет до настоящего времени. Изучение палеоклимата охватывает период с 12 000 лет назад до настоящего времени. Годовые кольца деревьев и измерения из кернов льда могут предоставить данные о глобальной температуре за 1000–2000 лет до настоящего времени. Наиболее подробные данные имеются с 1850 года, когда начались систематические записи на основе термометров. Модификации приборного ящика типа Стивенсона были внесены для обеспечения единообразия инструментальных измерений около 1880 года.

Геологические свидетельства (миллионы лет)

В более длительных временных масштабах данные кернов осадочных пород показывают, что циклы оледенений и межледников являются частью фазы нарастания в рамках продолжительной ледниковой эпохи, начавшейся с оледенения Антарктиды около 40 миллионов лет назад. Эта фаза нарастания и сопровождающие её циклы в основном начались примерно 3 миллиона лет назад с формированием континентальных ледяных щитов в Северном полушарии. Подобные постепенные изменения климата Земли были частыми на протяжении всего существования планеты. Некоторые из них объясняются изменениями в конфигурации континентов и океанов, вызванными движением континентов.

Ледяные ядра (от 800 000 лет назад)

Даже для немногих участков существуют еще более длительные записи: недавний антарктический керн EPICA охватывает 800 тыс. лет; многие другие – более 100 000 лет. Керн EPICA отражает восемь ледниковых/межледниковых циклов. Керн NGRIP из Гренландии простирается более чем на 100 тыс. лет, включая 5 тыс. лет эемского межледниковья. Хотя крупномасштабные сигналы в кернах четкие, интерпретация деталей и связь изотопных вариаций с температурным сигналом представляют собой проблему.

Местонахождение ледяных ядра

Всемирный центр палеоклиматологических данных (WDC) хранит файлы данных кернов льда ледников и ледяных щитов в полярных и горных районах низких широт по всему миру.

Записи ледяных ядра Гренландии

Как палеотермометр, ледяное ядро из центральной Гренландии демонстрирует последовательные данные об изменениях температуры поверхности. Согласно этим данным, изменения глобального климата происходят быстро и носят повсеместный характер. Фаза потепления требует лишь нескольких простых этапов, однако для фазы охлаждения необходимо больше условий и предпосылок. Кроме того, именно в гренландском ледяном ядре содержится наиболее четкая летопись резких изменений климата, и нигде больше нет записей, охватывающих тот же временной интервал с сопоставимо высоким временным разрешением. Увеличение концентрации метана, зафиксированное в гренландских ледяных ядрах, указывает на значительные изменения площади глобальных водно-болотных угодий в прошлом. Метан, являясь компонентом парниковых газов, играет важную роль в глобальном потеплении. Изменения концентрации метана, отраженные в гренландских записях, несомненно, вносят уникальный вклад в реконструкцию глобальных температур.

Записи ледяных ядра из Антарктиды

Антарктический ледяной щит образовался в позднем эоцене. Бурение в Dome Concordia позволило восстановить летопись за 800 000 лет, что делает это ядро самым длинным из доступных в Антарктиде. В последние годы все больше новых исследований предоставляют более древние, но отдельные данные. Благодаря уникальности Антарктического ледяного щита, антарктические ледяные ядра отражают не только глобальные изменения температуры, но и содержат огромный объем информации о глобальных биогеохимических циклах, динамике климата и резких изменениях глобального климата. Сопоставление с современными климатическими данными подтверждает эффект полярного усиления, основываясь на данных антарктических ледяных ядер. Несмотря на наличие ледяных ядер в Антарктиде, их плотность относительно невелика, учитывая огромную площадь континента. Поиск новых точек для бурения является приоритетной задачей для современных исследовательских институтов.

Записи ледяных ядра из низкоширотных регионов

Записи кернов льда из низких широт встречаются реже, чем записи из полярных регионов, однако они по-прежнему предоставляют ученым много ценной информации. Керны льда в низких широтах обычно располагаются в высокогорных районах. Керн Гулия – самая протяженная запись из низких широт и высокогорья, охватывающая период более 700 000 лет. На основании этих данных ученые обнаружили свидетельства, подтверждающие, что Последний ледниковый максимум (LGM) в тропиках и субтропиках был холоднее, чем считалось ранее. Кроме того, данные из низких широт помогли ученым подтвердить, что XX век был самым теплым периодом за последние 1000 лет. Географический охват этих прокси-данных неизбежно ограничен, и различные прокси более чувствительны к быстрым изменениям. Например, годичные кольца деревьев, керны льда и кораллы обычно демонстрируют вариации в годовом масштабе, в то время как реконструкции по скважинам зависят от скорости теплодиффузии, и мелкие колебания сглаживаются. Даже лучшие прокси-записи содержат значительно меньше наблюдений, чем самые неполные периоды инструментальных наблюдений, и пространственное и временное разрешение полученных реконструкций соответственно снижено. Установление связи между измеренными прокси-данными и интересующей величиной, такой как температура или количество осадков, является сложной задачей. Данные из нескольких дополнительных прокси-источников, охватывающих перекрывающиеся временные интервалы и территории, согласовываются для создания окончательных реконструкций. Прокси-реконструкции, охватывающие период в 2000 лет, были выполнены, но реконструкции за последние 1000 лет подкреплены более качественными и независимыми данными. Эти реконструкции указывают:

Косвенные исторические прокси

Помимо естественных численных прокси-показателей (например, ширины годичных колец деревьев), существуют исторические записи, относящиеся к периоду существования человеческой цивилизации, которые можно использовать для реконструкции климатических изменений, включая: сообщения о ярмарках на замерзшей Темзе; сведения о богатых и неурожайных годах; даты цветения весенних растений или ягнения; аномально обильные дожди и снегопады; а также необычные наводнения или засухи. Эти записи позволяют реконструировать исторические температуры, но, как правило, в более качественном формате, чем это возможно с использованием естественных прокси-показателей. Недавние данные указывают на то, что между 2200 и 2100 годами до нашей эры в регионе между Тибетом и Исландией произошло резкое и кратковременное изменение климата, при этом некоторые свидетельства указывают на глобальный характер этого изменения. Результатом стало похолодание и уменьшение количества осадков. Считается, что это послужило основной причиной краха Древнего царства Египта.

Спутники и воздушные шары (1950-е годы - настоящее время)

Измерения атмосферной температуры на различных высотах с помощью радиозондов, запускаемых на воздушных шарах, начинают демонстрировать приблизительное глобальное покрытие в 1950-х годах. С декабря 1978 года микроволновые зонды на спутниках предоставляют данные, которые можно использовать для определения температуры в тропосфере. Несколько исследовательских групп проанализировали спутниковые данные для расчета трендов температуры в тропосфере. И Университет Алабамы в Хантсвилле (UAH), и частная корпорация Remote Sensing Systems (RSS), финансируемая НАСА, выявили восходящий тренд. Для нижней тропосферы UAH определил глобальный средний тренд в период с 1978 по 2019 год в 0,130 градуса Цельсия в десятилетие. RSS обнаружил тренд в 0,148 градуса Цельсия в десятилетие, по январь 2011 года. В 2004 году ученые обнаружили тренд в +0,19 градуса Цельсия в десятилетие применительно к набору данных RSS. Другие исследователи обнаружили тренд в 0,20 градуса Цельсия в десятилетие в период с 1978 по 2005 год, после чего набор данных не обновлялся.