Моделирование изменений глобального климата

Моделирование изменений глобального климата

Сложность изучения глобального климата связана с тем, что постановка физических экспериментов с контролем влияющих на него факторов невозможна. Такие работы можно проводить только с виртуальным (модельным) климатом, который отображает взаимодействие атмосферы, океана, криосферы, биосферы и поверхности суши на пространстве переменных физико-математических моделей. Наиболее подробные из них, называемые моделями глобального климата (общей циркуляции) - сложные динамические системы с большим числом степеней свободы и максимально подробным на настоящий момент описанием основных локальных климатообразующих процессов. В мире насчитывается несколько десятков таких моделей, которые в рамках множества международных программ непрерывно сравниваются между собой и с данными наблюдений. Поскольку они успешно воспроизводят эволюцию климата XX в., их считают “разведчиками будущего”, и в этом качестве этим моделям альтернативы пока нет.

Первые попытки представить изменения климата под действием антропогенных выбросов парниковых газов на моделях общей циркуляции были предприняты в середине 70-х годов прошлого века. Одним из слабых мест этих работ было описание океана - самого инерционного из звеньев земной климатической системы. Удвоение эквивалентной концентрации углекислого газа в атмосфере при развитии сценария business as usual ожидается уже в 70-х годах XXI в. За такой короткий период океан не успеет полностью приспособиться к изменению внешних условий. Поэтому в последнее время в мире стартовало новое поколение моделей общей циркуляции атмосферы и океана, более подробно учитывающее океанические процессы [4].

Эксперименты с моделями такого типа требуют значительных затрат вычислительных ресурсов, в особенности при расчетах эволюции климата до нескольких сотен лет, и могут проводиться только на самых современных ЭВМ. Поэтому развиваются и модели климата промежуточной сложности [5], требующие в сотни раз меньше машинного времени и памяти: в них многие явления, такие как конденсация водяного пара или динамика отдельных циклонов и антициклонов, описываются через характеристики крупномасштабных полей. Эти модели климата также сравниваются с данными наблюдений и результатами более подробных моделей общей циркуляции.

При воспроизведении эволюции климата последних десятилетий на современных моделях было замечено, что данные наблюдений согласуются с ними лучше, если помимо парниковых газов учитывать и эффект антропогенных выбросов сульфатных аэрозолей. Сосредоточенные в основном в нижних слоях атмосферы, они приводят к выхолаживанию этих слоев вследствие эффективного отражения солнечного излучения. При прогнозировании климата охлаждающее действие аэрозолей становится еще заметнее. Расчеты изменений средней глобальной температуры приземного воздуха до конца XXI в. на одной из самых современных моделей общей циркуляции атмосферы и океана [4] показали, что антропогенная эмиссия парниковых газов приведет к увеличению средней глобальной температуры на 1.8°С к середине века по сравнению с периодом 1960-1990 гг., что близко к оценке ее повышения 125-130 тыс. лет назад, в период Микулинского межледниковья (по данным палеореконструкции). Учет аэрозольной эмиссии снижает эту величину до 1.3°С, что ближе к условиям, существовавшим 10 тыс. лет назад - в оптимум голоцена. Каковы же современные представления о многолетнемерзлых грунтах в эти эпохи?

Моделирование изменений глобального климата

Сложность изучения глобального климата связана с тем, что постановка физических экспериментов с контролем влияющих на него факторов невозможна. Такие работы можно проводить только с виртуальным (модельным) климатом, который отображает взаимодействие атмосферы, океана, криосферы, биосферы и поверхности суши на пространстве переменных физико-математических моделей. Наиболее подробные из них, называемые моделями глобального климата (общей циркуляции) - сложные динамические системы с большим числом степеней свободы и максимально подробным на настоящий момент описанием основных локальных климатообразующих процессов. В мире насчитывается несколько десятков таких моделей, которые в рамках множества международных программ непрерывно сравниваются между собой и с данными наблюдений. Поскольку они успешно воспроизводят эволюцию климата XX в., их считают “разведчиками будущего”, и в этом качестве этим моделям альтернативы пока нет.

Первые попытки представить изменения климата под действием антропогенных выбросов парниковых газов на моделях общей циркуляции были предприняты в середине 70-х годов прошлого века. Одним из слабых мест этих работ было описание океана - самого инерционного из звеньев земной климатической системы. Удвоение эквивалентной концентрации углекислого газа в атмосфере при развитии сценария business as usual ожидается уже в 70-х годах XXI в. За такой короткий период океан не успеет полностью приспособиться к изменению внешних условий. Поэтому в последнее время в мире стартовало новое поколение моделей общей циркуляции атмосферы и океана, более подробно учитывающее океанические процессы [4].

Эксперименты с моделями такого типа требуют значительных затрат вычислительных ресурсов, в особенности при расчетах эволюции климата до нескольких сотен лет, и могут проводиться только на самых современных ЭВМ. Поэтому развиваются и модели климата промежуточной сложности [5], требующие в сотни раз меньше машинного времени и памяти: в них многие явления, такие как конденсация водяного пара или динамика отдельных циклонов и антициклонов, описываются через характеристики крупномасштабных полей. Эти модели климата также сравниваются с данными наблюдений и результатами более подробных моделей общей циркуляции.

При воспроизведении эволюции климата последних десятилетий на современных моделях было замечено, что данные наблюдений согласуются с ними лучше, если помимо парниковых газов учитывать и эффект антропогенных выбросов сульфатных аэрозолей. Сосредоточенные в основном в нижних слоях атмосферы, они приводят к выхолаживанию этих слоев вследствие эффективного отражения солнечного излучения. При прогнозировании климата охлаждающее действие аэрозолей становится еще заметнее. Расчеты изменений средней глобальной температуры приземного воздуха до конца XXI в. на одной из самых современных моделей общей циркуляции атмосферы и океана [4] показали, что антропогенная эмиссия парниковых газов приведет к увеличению средней глобальной температуры на 1.8°С к середине века по сравнению с периодом 1960-1990 гг., что близко к оценке ее повышения 125-130 тыс. лет назад, в период Микулинского межледниковья (по данным палеореконструкции). Учет аэрозольной эмиссии снижает эту величину до 1.3°С, что ближе к условиям, существовавшим 10 тыс. лет назад - в оптимум голоцена. Каковы же современные представления о многолетнемерзлых грунтах в эти эпохи?