Как можно оценить качество глобальных гидрологических моделей?

Международное исследование проверило степень согласованности глобальных гидрологических моделей друг с другом и с данными наблюдений. Используя новый подход к оценке, исследовательская группа, включающая учёных из IIASA, показала, в каких климатических регионах модели согласуются, а в каких — расходятся.

Глобальные гидрологические модели — ключевые инструменты для понимания круговорота воды. В настоящее время их важнейшее применение — оценка последствий изменения климата, которые общество ощущает через учащение экстремальных явлений, таких как засухи и наводнения, угрожающих людям и экосистемам. Модели также помогают оценить изменения в общей доступности воды, например, влажности почвы для сельского хозяйства или пополнении запасов подземных вод.

Однако расхождения в результатах разных моделей вносят неопределённость в такие выводы. Эти различия до сих пор не были полностью количественно оценены, а предыдущие подходы к проверке моделей давали ограниченную информацию для их улучшения. Новое исследование, опубликованное в Nature Water, впервые использует крупномасштабные взаимосвязи между климатическими и гидрологическими переменными для выявления различий между моделями и в сравнении с данными наблюдений.

"Например, в данных наблюдений мы видим сильную корреляцию между осадками и пополнением грунтовых вод на Африканском континенте. Не все модели точно воспроизводят эту взаимосвязь, и нам необходимо понимать, насколько реалистичны разные результаты моделей", — объясняет ведущий автор исследования Себастьян Гнанн, работавший над ним в Потсдамском университете.

Питер Бюрек и Йошихиде Вада из исследовательской группы по водной безопасности программы IIASA по биоразнообразию и природным ресурсам внесли вклад в исследование, представив в нём круговорот воды с помощью модели IIASA Community Water Model (CWatM) — открытой модели, разработанной для оценки водных ресурсов и потребностей человека и окружающей среды на глобальном и региональном уровнях.

"Проект межсекторального сравнения моделей оценки последствий (ISIMIP) — это не только отличный способ сравнить и охарактеризовать неопределённости, связанные с глобальными гидрологическими моделями, но и продвинуть все наши модели на шаг вперёд, анализируя функциональные взаимосвязи", — отмечает Бюрек.

Взаимосвязи между климатическими и гидрологическими переменными — так называемые функциональные отношения — дают общее представление о том, как функционирует глобальный гидрологический цикл. Насколько пополнение грунтовых вод зависит от осадков и какова роль других факторов, например, геологии? Ответы на такие вопросы чрезвычайно важны, но часто отсутствуют для обширных территорий суши, что отражается и в противоречиях между моделями. Помимо пополнения грунтовых вод, эти противоречия особенно велики для процессов, описывающих энергетический баланс на поверхности суши, а также для процессов в засушливых и холодных регионах.

Исследователи отмечают, что они ищут новые методы оценки этих чрезвычайно важных моделей, чтобы, с одной стороны, информировать лиц, принимающих решения, о надёжности результатов моделей, а с другой — помочь разработчикам моделей их улучшать. Если надёжность модельных прогнозов можно будет лучше количественно оценить, их значимость и полезность возрастут. Учёные приходят к выводу, что функциональные взаимосвязи открывают потенциал для фундаментального прогресса в глобальной гидрологии и должны стать новым фокусом гидрологических исследований, особенно для оценки моделей.