Γεωγραφική κατανομή της μέσης ετήσιας επιφανειακής θέρμανσης στα τέλη του 21ου αιώνα. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των υπολογισμών του μέσου όρου χρησιμοποιώντας ένα σύνολο 21 μοντέλων κλίματος (μοντέλα CMIP5) για το σενάριο RCP4.5. Εμφανίζονται οι αλλαγές θερμοκρασίας για το 2080 - 2099. σε σχέση με την περίοδο 1980 - 1999. Τα μοντέλα CMIP5 και τα οικογενειακά σενάρια RCP χρησιμοποιούνται (και περιγράφονται λεπτομερώς) στην τελευταία - Πέμπτη Έκθεση Αξιολόγησης της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Κλιματική Αλλαγή (2013, 2014)

Χάρτης: Lyuba Berezina

Η πρόβλεψη του κλίματος, συμπεριλαμβανομένων των συνεπειών της κλιματικής αλλαγής, αποτελεί κεντρικό καθήκον της κλιματικής επιστήμης. Όλοι οι τομείς της κλιματικής επιστήμης υπόκεινται σε αυτό το καθήκον - από την ανάλυση και την ερμηνεία των δεδομένων παρατήρησης για το κλιματικό σύστημα έως τις μελέτες της ευαισθησίας του σε εξωτερικές επιρροές και την προβλεψιμότητα. Η συμπεριφορά του κλιματικού συστήματος καθορίζεται από την αλληλεπίδραση πέντε συστατικών - την ατμόσφαιρα, τον ωκεανό, την κρυόσφαιρα, τη βιόσφαιρα και το ενεργό στρώμα γης. Οι χαρακτηριστικοί χρόνοι χαλάρωσης αυτών των συστατικών σε εξωτερικές επιδράσεις διαφέρουν κατά πολλές τάξεις μεγέθους. Λόγω της μη γραμμικότητας των διαδικασιών που είναι εγγενείς σε αυτά τα περιβάλλοντα και της ποικιλίας των ανατροφοδοτήσεων που προκύπτουν, οι φυσικές ταλαντώσεις διεγείρονται στο κλιματικό σύστημα σε ποικίλες χρονικές κλίμακες. Για να κατανοήσουμε και να προβλέψουμε τη συμπεριφορά ενός τόσο πολύπλοκου συστήματος υπό την επίδραση εξωτερικών επιρροών (τόσο ανθρωπογενών όσο και φυσικών), είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν φυσικά και μαθηματικά μοντέλα του κλιματικού συστήματος που περιγράφουν τις διαδικασίες σε αυτά τα περιβάλλοντα με επαρκή βαθμό αξιοπιστίας. και λεπτομέρεια. Η κατασκευή ενός κλιματικού μοντέλου ξεκινά με τον ορισμό ενός συστήματος εξισώσεων, οι οποίες αποτελούν μια μαθηματική περιγραφή των νόμων της φυσικής που λειτουργούν στο κλιματικό σύστημα. Οι βασικοί νόμοι είναι ευρέως γνωστοί - ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα, ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής, ο νόμος της διατήρησης της μάζας κ.λπ. Ωστόσο, όταν εφαρμόζονται σε ρευστά που κινούνται σε μια σφαίρα (και σε λογική προσέγγιση, αυτοί περιλαμβάνουν τόσο την ατμόσφαιρα όσο και ωκεανός), η μαθηματική αναπαράσταση αυτών των νόμων γίνεται πιο περίπλοκη. Είναι αδύνατο να λυθούν οι αντίστοιχες μερικές διαφορικές εξισώσεις αναλυτικά. Πρέπει να καταφύγουμε σε υπολογισμούς. Η εργασία του υπολογιστή μπορεί να γίνει ευκολότερη με διάφορους τρόπους, ξεκινώντας από την απλούστευση του αρχικού συστήματος εξισώσεων (για παράδειγμα, την εξαίρεση διεργασιών που δεν είναι σημαντικές στο πλαίσιο της εργασίας που εκτελείται), τη βελτιστοποίηση υπολογιστικών αλγορίθμων (για παράδειγμα, τη μείωση της χωρικής ανάλυσης) και τελειώνει με τη βελτίωση του προγράμματος υπολογιστή (λαμβάνοντας υπόψη τον αριθμό των επεξεργαστών ενός συγκεκριμένου υπολογιστή, τη χωρητικότητα της μνήμης κ.λπ.). Προφανώς, ο καθορισμός του αρχικού συστήματος εξισώσεων είναι καθήκον ενός φυσικού, η ανάπτυξη ενός αλγορίθμου είναι ευθύνη ενός μαθηματικού και η δημιουργία ενός προγράμματος υπολογιστή είναι η τέχνη ενός προγραμματιστή. Για το λόγο αυτό, ένα άτομο δεν αρκεί για να δημιουργήσει ένα κλιματικό μοντέλο, να διεξάγει έρευνα με τη βοήθειά του και, κυρίως, να αναλύσει τα αποτελέσματα. Η μοντελοποίηση του κλίματος είναι μια εργασία που μόνο μια ομάδα ειδικών μπορεί να χειριστεί. Καθώς αναπτύσσεται το κλιματικό μοντέλο, υπάρχει ανάγκη για ολοένα και περισσότερους ειδικούς - χημικούς, βιολόγους κ.λπ. Έτσι τα κλιματικά μοντέλα μετατρέπονται σε, όπως λένε σήμερα, μοντέλα του γήινου συστήματος. Παρά την ταχεία ανάπτυξη της υπολογιστικής τεχνολογίας, η ανάγκη για χωρικές λεπτομέρειες στις εκτιμήσεις της μελλοντικής κλιματικής αλλαγής που λαμβάνονται με τη χρήση παγκόσμιων μοντέλων αναγκάζει τους ερευνητές να καταφύγουν στη χρήση περιφερειακών κλιματικών μοντέλων. Σε τέτοια μοντέλα, στα όρια της περιοχής, καθορίζονται οι τιμές των προσομοιωμένων ποσοτήτων που λαμβάνονται με τη χρήση του καθολικού μοντέλου και «υπολογίζονται εκ νέου» για αυτήν την περιοχή με υψηλότερη χωρική ανάλυση.

Αλλαγές (%) στην ακραία καλοκαιρινή βροχόπτωση (πάνω από το 95ο εκατοστημόριο) που αναμένονται στα μέσα του 21ου αιώνα, που προέκυψαν χρησιμοποιώντας το περιφερειακό κλιματικό μοντέλο του Κρατικού Γεωφυσικού Παρατηρητηρίου που πήρε το όνομά του. A.I Voeikova, οι δύο υπολογιστικές περιοχές της οποίας παρέχουν κάλυψη ολόκληρης της επικράτειας της Ρωσικής Ομοσπονδίας με οριζόντια ανάλυση 25 km.

Χάρτης: Lyuba Berezina

Εκτός από την ανάγκη βελτίωσης της χωρικής ανάλυσης των μοντέλων, οι τρέχουσες προτεραιότητες για την ανάπτυξη της κλιματικής μοντελοποίησης σχετίζονται με τη συμπερίληψη πρόσθετων διαδραστικών στοιχείων. Επιπλέον, δεδομένου ότι μέρος της αβεβαιότητας σε μελλοντικές αλλαγές στο κλιματικό σύστημα οφείλεται στη δική του μεταβλητότητα και δεν μπορεί να εξαλειφθεί με βελτιωμένα μοντέλα, είναι απαραίτητο να εξεταστεί αυτή η εγγενής αβεβαιότητα στον πιθανό χώρο. Για το σκοπό αυτό, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν υπολογισμοί συνόλου με ποικίλες τόσο αρχικές καταστάσεις όσο και παραμέτρους μοντέλου. Η αναπαραγωγή ακραίων και σπάνιων γεγονότων απαιτεί επίσης τεράστιους υπολογισμούς συνόλου. Τέλος, οι εκτιμήσεις μελλοντικών αλλαγών σε ορισμένα «αργά» στοιχεία του κλιματικού συστήματος, όπως τα στρώματα πάγου, ή κλιματικά χαρακτηριστικά όπως η στάθμη της θάλασσας, απαιτούν μακροπρόθεσμα αριθμητικά πειράματα. Ως εκ τούτου, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι στο άμεσο μέλλον η ανάπτυξη των υψηλών τεχνολογιών και, κυρίως, της τεχνολογίας των υπολογιστών θα διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στη βελτίωση της πρόβλεψης του κλίματος.

Σε αντίθεση με μια αριθμητική πρόγνωση καιρού, η οποία ελέγχεται συνεχώς με βάση τα πραγματικά δεδομένα, η καταλληλότητα των μοντέλων για χρήση στον υπολογισμό των μελλοντικών καταστάσεων του κλιματικού συστήματος δεν μπορεί να προσδιοριστεί με την ανάλυση των πραγματικών αποτελεσμάτων αυτών των υπολογισμών. Αλλά είναι λογικό να υποθέσουμε ότι η αξιοπιστία των υπολογισμών του μελλοντικού κλίματος επιβεβαιώνεται από την ικανότητα του μοντέλου να αναπαράγει την τρέχουσα κατάσταση του κλιματικού συστήματος, καθώς και την κατάστασή του στο παρελθόν, σύμφωνα με τα διαθέσιμα δεδομένα παρατήρησης. Εάν, εκτός από το σύγχρονο κλίμα, το μοντέλο αναπαράγει την κατάσταση του κλιματικού συστήματος στο μακρινό παρελθόν (όταν οι εξωτερικές επιρροές ήταν πολύ διαφορετικές από τις σύγχρονες), καθώς και τη γνωστή εξέλιξη του κλιματικού συστήματος (για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια του του 20ου και του προηγούμενου αιώνα), μπορεί κανείς να ελπίζει ότι τα αποτελέσματα που προκύπτουν χρησιμοποιώντας αυτό το μοντέλο εκτιμήσεις για την κλιματική αλλαγή στα αναμενόμενα μελλοντικά σενάρια εξωτερικών επιβολής είναι αξιόπιστα. Σήμερα, σε όλο τον κόσμο, ο αριθμός των γνωστών παγκόσμιων μοντέλων είναι αρκετές δεκάδες. Και ανάμεσά τους δεν υπάρχει μοντέλο που να περιγράφει καλύτερα, για παράδειγμα, το σύγχρονο κλίμα. Τυπικά, κάθε μοντέλο αναπαράγει καλά μόνο ένα μέρος των επιθυμητών κλιματικών τιμών, ενώ το υπόλοιπο αναπαράγεται χειρότερα. Η υψηλότερη επιτυχία, κατά κανόνα, φαίνεται από το "μέσο" (συνολικό) μοντέλο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα συστηματικά σφάλματα μεμονωμένων μοντέλων δεν εξαρτώνται το ένα από το άλλο και αντισταθμίζονται όταν υπολογίζεται ο μέσος όρος του συνόλου. Τα σενάρια για το κλίμα ελήφθησαν με βάση σενάρια για μελλοντικές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και αερολυμάτων χρησιμοποιώντας σύγχρονα κλιματικά μοντέλα. Αλλά είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ότι μια σημαντική πηγή αβεβαιότητας στις εκτιμήσεις για την κλιματική αλλαγή τις επόμενες δεκαετίες είναι η σχετικά μικρή ποσότητα ανθρωπογενούς κλιματικής αλλαγής στο πλαίσιο της φυσικής της μεταβλητότητας.

Στο Κύριο Γεωφυσικό Παρατηρητήριο που πήρε το όνομά του. Η A. I. Voeikova της Roshydromet (GGO) δημιούργησε και χρησιμοποιεί ένα τρισδιάστατο αρθρωτό σύστημα πιθανοτικών προβλέψεων για να λάβει ποσοτικές εκτιμήσεις των συνεπειών των μελλοντικών κλιματικών αλλαγών στο έδαφος της Ρωσίας και στις περιοχές γεωπολιτικών συμφερόντων της Ρωσικής Ομοσπονδίας (Αρκτική , γειτονικές χώρες). Περιλαμβάνει ένα συνδυασμένο παγκόσμιο μοντέλο του κλιματικού συστήματος της Γης, τοπικά κλιματικά μοντέλα με χωρική ανάλυση 50 και 25 km, καθώς και μοντέλα επιμέρους στοιχείων του κλιματικού συστήματος για λεπτομερείς χωρικές μελέτες (μόνιμο πάγο, συστήματα ποταμών, ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα). Παρά τις τεράστιες και κάθε άλλο παρά εξαντλημένες δυνατότητες των κλιματικών μοντέλων, οι δυνατότητές τους δεν είναι απεριόριστες. Πολλά ερωτήματα που σχετίζονται με την προβλεψιμότητα του κλιματικού συστήματος μένουν να απαντηθούν. Είναι πιθανό να υποτιμούμε τον ρόλο ορισμένων παραγόντων στη μελλοντική κλιματική αλλαγή και υπάρχουν ακόμη εκπλήξεις μπροστά μας στην πορεία. Ωστόσο, αναμφίβολα, τα σύγχρονα κλιματικά μοντέλα αντιστοιχούν στο υψηλότερο επίπεδο γνώσης που έχει συσσωρεύσει η ανθρωπότητα κατά τη μελέτη του κλιματικού συστήματος και δεν υπάρχει εναλλακτική λύση σε αυτά για την αξιολόγηση πιθανών μελλοντικών κλιματικών αλλαγών.

Μην μπερδεύετε πρόβλεψη και σενάριο
Ένα κλιματικό σενάριο νοείται ως μια εύλογη (ή πιθανή) εξέλιξη του κλιματικού συστήματος στο μέλλον, η οποία είναι συνεπής με υποθέσεις για μελλοντικές εκπομπές (με σενάρια εκπομπών) αερίων θερμοκηπίου και άλλων ατμοσφαιρικών ρύπων, όπως το θειικό αεροζόλ, και με τα υπάρχοντα ιδέες για τον αντίκτυπο των αλλαγών στη συγκέντρωση αυτών των ρύπων στο κλίμα. Αντίστοιχα, το σενάριο της κλιματικής αλλαγής αναφέρεται στη διαφορά μεταξύ του κλιματικού σεναρίου και της τρέχουσας κατάστασης του κλίματος. Δεδομένου ότι τα σενάρια εκπομπών βασίζονται σε ορισμένες υποθέσεις σχετικά με τη μελλοντική οικονομική, τεχνολογική, δημογραφική, κ.λπ. ανάπτυξη της ανθρωπότητας, τα κλιματικά σενάρια, καθώς και τα σενάρια κλιματικής αλλαγής, θα πρέπει να θεωρούνται όχι ως πρόβλεψη, αλλά μόνο ως εσωτερικά συνεπείς εικόνες του πιθανού μέλλοντος κλιματικό σύστημα των κρατών.

Μην μπερδεύετε το κλίμα με τον καιρό
Κλίμα είναι το σύνολο όλων των καιρικών συνθηκών σε μια συγκεκριμένη περιοχή (περιοχή, περιοχή, ήπειρος, Γη) για μεγάλο χρονικό διάστημα. Τα πολύπλοκα μη γραμμικά συστήματα, συμπεριλαμβανομένου του κλίματος, έχουν περιορισμένη προβλεψιμότητα. Υπάρχουν προβλεψιμότητα πρώτου και δεύτερου είδους. Η προβλεψιμότητα του πρώτου είδους καθορίζεται από την εξάρτηση της εξέλιξης του συστήματος από την αρχική κατάσταση. Η προβλεψιμότητα του δεύτερου είδους καθορίζει τη δυνατότητα μιας στατιστικής περιγραφής των μελλοντικών καταστάσεων του συστήματος. Όσον αφορά την προβλεψιμότητα, η διαφορά μεταξύ κλίματος και καιρού (δηλαδή, μεταξύ των καταστάσεων κατά μέσο όρο και μη) είναι θεμελιώδης. Η ατμόσφαιρα είναι το πιο ασταθές και ταχέως μεταβαλλόμενο στοιχείο του κλιματικού συστήματος. Επομένως, η πρόγνωση του καιρού συνήθως δεν ξεπερνά τις δύο εβδομάδες. Άλλα στοιχεία του κλιματικού συστήματος αλλάζουν πιο αργά και είναι πιο προβλέψιμα, αλλά και περιορισμένα χρονικά. Οι κλιματικές αλλαγές που προκαλούνται από εξωτερικές επιρροές είναι προβλέψιμες σε μεγάλο χρονικό διάστημα - από χρόνια έως αιώνες ή περισσότερο.

* Η κρυόσφαιρα είναι ένα συστατικό του κλιματικού συστήματος που αποτελείται από όλο το χιόνι, τον πάγο και το παγωμένο έδαφος (συμπεριλαμβανομένου του μόνιμου παγετού) πάνω και κάτω από την επιφάνεια της Γης και των ωκεανών.

** Το ενεργό στρώμα γης (ενεργός επιφάνεια γης) είναι η επιφάνεια της γης που συμμετέχει στον μετασχηματισμό της ηλιακής ενέργειας, δηλαδή δέχεται και εκλύει ηλιακή ενέργεια.

κείμενο Vladimir Kattsov Διδάκτωρ Φυσικών και Μαθηματικών Επιστημών, Κύριο Γεωφυσικό Παρατηρητήριο. ΟΛΑ ΣΥΜΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ. Voeykova, Roshydromet

χαρτογραφία Lyuba Berezina

Η υποβολή της καλής σας δουλειάς στη βάση γνώσεων είναι εύκολη. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα

Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.

Εισαγωγή

1. Παγκόσμια μοντελοποίηση

Λογοτεχνίες

Εισαγωγή

Το τρέχον στάδιο της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου, σε συνδυασμό με την επίγνωση της παγκόσμιας περιβαλλοντικής κατάστασης στη Γη με τους χαρακτηριστικούς της περιορισμούς σε ενεργειακούς, γεωλογικούς, βιογεωκενωτικούς και άλλους πόρους, φέρνει στο προσκήνιο το πρόβλημα ενός πόρου πληροφοριών που λαμβάνεται σε σχέση με το παγκόσμιο περιβάλλον. γνώση - γνώση για τις συνθήκες εξέλιξης του ανθρώπου και της φύσης. Το επίπεδο αυτού του πόρου για χιλιάδες χρόνια καθορίστηκε από την ασθενώς συσχετισμένη συνολική δραστηριότητα του Homo Sapiens και ήταν σχετικά μικρό μέχρι την αρχή της βιομηχανικής εποχής. Στη συνέχεια, με μια μάλλον γρήγορη ιστορική προσέγγιση της κατάστασης όταν η εμπορική στάση απέναντι στη βιόσφαιρα έγινε η καθοριστική στρατηγική της ανθρωπότητας και όταν έγινε ορατό ένα οικολογικό αδιέξοδο, ο πόρος πληροφοριών ανέβηκε στην κλίμακα της σημασίας σε αξίες κοντά στο μέγιστο .

Οποιοδήποτε περιβαλλοντικό πρόβλημα έχει «άνοιγμα», ενσωμάτωση στο σύστημα παγκόσμιων προβλημάτων της εποχής μας, το κυριότερο από τα οποία είναι η διατήρηση της ομοιόστασης της ανθρωπότητας (Kondgaev, 2000). Αυτό σημαίνει ότι η «καταιγίδα πάνω από τη βιόσφαιρα» που προέκυψε και πραγματοποιήθηκε στα τέλη του εικοστού αιώνα αντιμετώπισε τον πολιτισμένο κόσμο με το πρόβλημα της επιβίωσης του είδους Homo Sapiens και, κατά συνέπεια, το πρόβλημα της υπεύθυνης στάσης απέναντι στη φύση. . Ταυτόχρονα, περιβαλλοντικά και ηθικά προβλήματα ήρθαν σε αλληλεπίδραση.

1. Παγκόσμια μοντελοποίηση

Στο παρόν στάδιο της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου στον τομέα των περιβαλλοντικών δραστηριοτήτων, πραγματοποιούνται εντατικές εξελίξεις, η ανάλυση των οποίων καθιστά δυνατό τον εντοπισμό των χαρακτηριστικών χαρακτηριστικών της περιβαλλοντικής γνώσης και των προβλημάτων των μεθόδων που χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό της βασικές απαιτήσεις για αποτελεσματική τεχνολογία πληροφοριών. Μία από τις προϋποθέσεις για τη δημιουργία συστημάτων παρακολούθησης της κατάστασης του περιβάλλοντος ήταν η παρουσία δεδομένων διαφορετικής ποιότητας και η πληθώρα μαθηματικών μοντέλων διαφόρων τύπων που δημιουργούνται από αυτά (ισορροπία, βελτιστοποίηση, εξελικτικά, στατιστικά κ.λπ.). Αυτά τα μοντέλα που συντίθενται με βάση την παραμετροποίηση και, κατά κανόνα, τη γραμμικοποίηση των προτύπων των φυσικών φαινομένων, περιλαμβάνουν ένα ευρύ οπλοστάσιο ντετερμινιστικών και πιθανολογικών περιγραφών γεωλογικών, οικολογικών, ωκεανολογικών, βιογεωχημικών και βιογεωκενοτικών διεργασιών παγκόσμιας, περιφερειακής και τοπικής φύσης. . Η συντριπτική τους πλειονότητα επικεντρώνεται στη θεωρητική κατανόηση των χαρακτηριστικών των συστημάτων διαβίωσης υψηλού επιπέδου χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα γνώση και μόνο ένα μικρό μέρος στοχεύει στα πρώτα βήματα προς μια αντικειμενική αξιολόγηση της σύγχρονης παγκόσμιας περιβαλλοντικής κατάστασης. Διαφέρουν ως προς τους στόχους και τη μαθηματική συσκευή περιγραφής, πολλά μοντέλα αποδεικνύονται ακατέργαστα λόγω της περιορισμένης, ελλιπούς και υποκαθορισμένης βάσης πληροφοριών, καθώς και λόγω της έλλειψης σύγχρονων οργανικών συστημάτων στον τομέα των πειραμάτων προσομοίωσης. Η αύξηση του αριθμού των υπό εξέταση συστατικών της βιόσφαιρας προκειμένου να αυξηθεί η επάρκεια των μοντέλων που μελετώνται, όπως είναι γνωστό, οδηγεί στην πολυπαραμετρική φύση τους, δηλ. στο πρόβλημα της «κατάρας της πολυδιάστατης».

Ως το κύριο εργαλείο για την επίλυση αυτών των χαρακτηριστικών, αρκετοί συγγραφείς θεωρούν εύλογα τη μέθοδο μοντελοποίησης προσομοίωσης, η οποία καθιστά δυνατή τη «σύνδεση» δεδομένων διαφορετικής ποιότητας που σχετίζονται με διαφορετικούς μαθηματικούς φορμαλισμούς και την αφαίρεση πολυπαραμέτρων. Το επιθυμητό μοντέλο κατασκευάζεται με βάση εμπειρικές πληροφορίες, οι οποίες δεν περιορίζονται εκ των προτέρων από το πλαίσιο οποιουδήποτε μαθηματικού μηχανισμού, που καθορίζει την «απαλότητα» της επισημοποίησης, η οποία είναι αναπόφευκτη σε περιπτώσεις όπου τα ουσιαστικά σχήματα των φαινομένων είναι άγνωστα.

Η ανάπτυξη της μοντελοποίησης προσομοίωσης επεκτείνοντας τη βάση πληροφοριών, συνδυάζοντας επίσημες και ανεπίσημες μεθόδους στη διαδικασία σύνθεσης βήμα προς βήμα του απαιτούμενου μοντέλου και, τέλος, ενεργά σύνδεση ενός ατόμου σε διάλογο με υπολογιστή, σύμφωνα με πολλούς ερευνητές, θα παρέχει μια αποτελεσματική τεχνολογία για συστημική περιβαλλοντική μοντελοποίηση. Ωστόσο, τώρα αποδεικνύεται ότι η κατάσταση δεν είναι τόσο ξεκάθαρη. Μάλιστα, αν συγκρίνουμε τα υπάρχοντα αιτήματα πληροφοριών στον τομέα των περιβαλλοντικών προβλημάτων και την υπάρχουσα πληροφοριακή υποστήριξη για την επίλυσή τους (διάφορα μαθηματικά και προσομοιωτικά μοντέλα, αρχές επεξεργασίας περιβαλλοντικών πληροφοριών), τότε είναι εύκολο να παρατηρήσουμε ότι δεν είναι όλα τα επίπεδα της φυσικής και τα ανθρωπογενή συμπλέγματα διαθέτουν μια ανεπτυγμένη συσκευή για την περιγραφή τους, και ακόμη περισσότερο για το σχεδιασμό αποτελεσματικών τεχνολογιών πληροφοριών προκειμένου να ληφθούν οι απαραίτητες εκτιμήσεις προβληματικών καταστάσεων. Οι δυσκολίες που προκύπτουν από αυτή την άποψη δεν είναι μόνο και όχι τόσο τεχνικής φύσης της συσσώρευσης μοντέλων διαφόρων τύπων. Αυτά τα χαρακτηριστικά εκδηλώνονται πιο ξεκάθαρα στην παγκόσμια μοντελοποίηση, η εμπειρία της οποίας έχει δείξει μια σημαντική και θεμελιωδώς αμετάκλητη ελλιπή γνώση σχετικά με διαδικασίες που συμβαίνουν στη φύση, η οποία εκδηλώνεται τόσο στον κατακερματισμό των εμπειρικών δεδομένων όσο και στην έλλειψη επαρκών ιδεών για τα πρότυπα. της εξέλιξης των φυσικών διεργασιών. Είναι ήδη σαφές ότι το μηχανικό σύνολο ιεραρχιών των μοντέλων και η επιθυμία για συσσώρευση τραπεζών εμπειρικών δεδομένων είναι μια προσπάθεια αναβίωσης πρωτόγονων σχημάτων συλλογισμού σχετικά με την ολιστική εικόνα της ανάπτυξης των διεργασιών της βιόσφαιρας χωρίς ελπίδα επιτυχίας, χωρίς δυνατότητα εξήγησης. την ικανότητα των ζωντανών συστημάτων για μόνιμη αυτοοργάνωση και χωρίς σημαντική πρόοδο προς την κατανόηση ενός εύρυθμου μηχανισμού για τη λειτουργία του συστήματος Φύση-Κοινωνία. Η κατάσταση είναι τέτοια που είναι απαραίτητη η χρήση τεχνολογιών υπολογιστών που συνδυάζουν μεθόδους εξελικτικής μοντελοποίησης και προσομοίωσης. Αυτό θα επιτρέψει να ληφθεί υπόψη η εσωτερική δυναμική (εξέλιξη) της δομής των προσομοιωμένων διαδικασιών και να συντεθούν προσαρμοστικά μοντέλα σε συνθήκες ατελείας και μερικής αξιοπιστίας των δεδομένων.

Οι παραδοσιακές προσεγγίσεις για την οικοδόμηση ενός παγκόσμιου μοντέλου αντιμετωπίζουν δυσκολίες στην αλγοριθμική περιγραφή πολλών κοινωνικοοικονομικών και κλιματικών διαδικασιών, με αποτέλεσμα να πρέπει να αντιμετωπίσουν την αβεβαιότητα των πληροφοριών. Οι προηγμένες προσεγγίσεις παγκόσμιας μοντελοποίησης απλώς αγνοούν αυτήν την αβεβαιότητα, με αποτέλεσμα δομές μοντέλων που δεν αποτυπώνουν επαρκώς τις πραγματικές διαδικασίες. Η συνδυασμένη χρήση εξελικτικής και προσομοίωσης μοντελοποίησης καθιστά δυνατή την εξάλειψη αυτού του ελλείμματος με τη σύνθεση ενός συνδυασμένου μοντέλου, η δομή του οποίου υπόκειται σε προσαρμογή με βάση την προϊστορία του συμπλέγματος βιόσφαιρας και κλιματικών στοιχείων. Επιπλέον, η υλοποίηση του μοντέλου μπορεί επίσης να συνδυαστεί σε διαφορετικές κατηγορίες μοντέλων, χρησιμοποιώντας λογισμικό σε παραδοσιακούς υπολογιστές και ειδικούς εξελικτικού τύπου επεξεργαστές. Η μορφή ενός τέτοιου συνδυασμού είναι ποικίλη και εξαρτάται από τη χωροχρονική πληρότητα των παγκόσμιων βάσεων δεδομένων.

Η υπάρχουσα εμπειρία της παγκόσμιας μοντελοποίησης είναι γεμάτη με παραδείγματα ανυπέρβλητων δυσκολιών όταν προσπαθεί κανείς να βρει τρόπους να περιγράψει την επιστημονική και τεχνολογική πρόοδο και την ανθρώπινη δραστηριότητα στις διάφορες εκφάνσεις της. Δεν υπάρχουν λιγότερες δυσκολίες κατά τη μοντελοποίηση του κλίματος, το οποίο χαρακτηρίζεται από μια υπέρθεση διαδικασιών με διαφορετικούς χρονικούς ρυθμούς μεταβλητότητας. Όσον αφορά την πληρότητα της περιγραφής στο παγκόσμιο μοντέλο, και εδώ είναι αδύνατο να σκιαγραφηθούν με σαφήνεια τα όρια διαθεσιμότητας πληροφοριών και τα όρια της απαραίτητης χωρικής και δομικής λεπτομέρειας. Επομένως, χωρίς να εμβαθύνουμε σε μια φυσική φιλοσοφική ανάλυση των παγκόσμιων προβλημάτων και χωρίς να προσπαθήσουμε να δώσουμε μια εξαντλητική συνταγή για παγκόσμια μοντελοποίηση, θα συζητήσουμε μόνο έναν από τους πιθανούς τρόπους που αντικατοπτρίζουν πώς η εξελικτική μοντελοποίηση σε μια ειδική εφαρμογή επεξεργαστή μας επιτρέπει να ξεπεράσουμε τις δυσκολίες που αναφέρθηκαν πάνω από.

Η δημιουργία ενός εξελικτικού μοντέλου βασισμένου στην προϊστορία των φυσικών ρυθμών μας επιτρέπει να αποκτήσουμε ένα μοντέλο που παρακολουθεί σιωπηρά διάφορα μοτίβα της δυναμικής του συστήματος Nature-Society στο παρελθόν και καθιστά δυνατή την πρόβλεψη στον ίδιο χρόνο. Η έκδοση ειδικού επεξεργαστή του μοντέλου αφαιρεί πλήρως όλες τις αλγοριθμικές και υπολογιστικές δυσκολίες που προκύπτουν από τη μεγάλη διάσταση του καθολικού μοντέλου και την παρουσία πολλών παραμετρικών αβεβαιοτήτων.

2. Μοντελοποίηση κλιματικών διεργασιών

Η κλιματική συνιστώσα του συστήματος Nature-Society αντιπροσωπεύει τη μεγαλύτερη δυσκολία στη σύνθεση ενός παγκόσμιου μοντέλου, καθώς χαρακτηρίζεται από μεγάλο αριθμό ανατροφοδοτήσεων, οι περισσότερες από τις οποίες είναι ασταθείς. Μεταξύ αυτών είναι ο πάγος-άλμπεδο, οι υδρατμοί-ακτινοβολία, τα σύννεφα-ακτινοβολία, η ακτινοβολία αερολύματος και πολλά άλλα Η λειτουργία του κλιματικού συστήματος της Γης καθορίζεται από την κατάσταση της ατμόσφαιρας, τους ωκεανούς, την κρυόσφαιρα, τις ηπειρωτικές επιφάνειες με γήινους οργανισμούς, τις λίμνες. , ποτάμια, υπόγεια ύδατα και διάφορες ανθρωπογενείς δομές. Ως εκ τούτου, η οικοδόμηση ενός κλιματικού μοντέλου απαιτεί τη συνεκτίμηση πολλών παραγόντων, ο ρόλος των οποίων στη διαμόρφωση του σε πολλές περιπτώσεις δεν έχει μελετηθεί επαρκώς. Οι προσπάθειες για ολοκληρωμένη περιγραφή του κλιματικού συστήματος της Γης χρησιμοποιώντας μαθηματικές τεχνικές δεν έχουν ακόμη αποδώσει αποτελέσματα που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στο Κρατικό Ιστορικό Μουσείο.

Υπάρχουν δύο προσεγγίσεις για τη σύνθεση ενός παγκόσμιου μοντέλου. Μια προσέγγιση βασίζεται στη συμπερίληψη στοιχείων της βιόσφαιρας σε υπάρχοντα ή υπό ανάπτυξη κλιματικά μοντέλα. Μια άλλη προσέγγιση είναι να αναπτυχθεί ένα μπλοκ μέσα στο πλαίσιο ενός μαθηματικού μοντέλου της βιόσφαιρας που θα προσομοιώνει την εξάρτηση των συστατικών της βιόσφαιρας από τις κλιματικές παραμέτρους. Στην πρώτη περίπτωση, προκύπτουν προβλήματα με την αστάθεια των λύσεων στα αντίστοιχα συστήματα διαφορικών εξισώσεων, γεγονός που καθιστά δύσκολη την απόκτηση προγνωστικών εκτιμήσεων των παγκόσμιων περιβαλλοντικών αλλαγών. Στη δεύτερη περίπτωση, είναι δυνατό να ληφθούν σταθερές προβλέψεις περιβαλλοντικής αλλαγής, αλλά η αξιοπιστία τους εξαρτάται από την ακρίβεια της παραμετροποίησης των συσχετισμών μεταξύ των στοιχείων του κλίματος και της βιόσφαιρας. Η δεύτερη προσέγγιση έχει το πλεονέκτημα ότι επιτρέπει τη σύνδεση κλιματικών μοντέλων που μπορούν να περιγραφούν σε επίπεδο σεναρίου με το μαθηματικό μοντέλο της βιόσφαιρας. Μια λεπτομερής ανάλυση των προβλημάτων της μοντελοποίησης του κλίματος και της αξιολόγησης της τρέχουσας κατάστασης μπορεί να βρεθεί στα έργα των Marchuk και Kondratiev (1992), Kondratiev (1999), Kondratiev και Johannessen (1993). Ένας αριθμός μοντέλων μεμονωμένων στοιχείων του συστήματος Nature-Society που αντιστοιχούν στη δεύτερη προσέγγιση συζητούνται εδώ. Μεταξύ αυτών είναι μοντέλα της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας, η αλληλεπίδραση της ατμόσφαιρας και του ωκεανού, η ευαισθησία των κλιματικών παραμέτρων στις οριακές συνθήκες στην επιφάνεια της Γης, η σχέση μεταξύ βιογεωχημικών και κλιματικών διεργασιών κ.λπ.

Το κλιματικό σύστημα είναι ένα φυσικοχημικό-βιολογικό σύστημα με απεριόριστο βαθμό ελευθερίας. Επομένως, οποιεσδήποτε προσπάθειες μοντελοποίησης ενός τόσο σύνθετου συστήματος συνδέονται με ανυπέρβλητες δυσκολίες. Είναι αυτή η περίσταση που εξηγεί την ποικιλία των παραμετρικών περιγραφών των επιμέρους διεργασιών σε αυτό το σύστημα. Για ένα παγκόσμιο μοντέλο με χρονικό βήμα διακριτοποίησης έως ένα έτος, μια αποδεκτή προσέγγιση είναι η χρήση δύο επιλογών Η πρώτη επιλογή συνίσταται στην από κοινού χρήση συσχετισμών μεταξύ συγκεκριμένων διαδικασιών διαμόρφωσης της κλιματικής κατάστασης σε μια δεδομένη περιοχή. με κλιματικά σενάρια. Η δεύτερη επιλογή βασίζεται στη χρήση παγκόσμιων δεδομένων παρακολούθησης, τα οποία αποτελούν τη βάση για τη δημιουργία σειρών δεδομένων για τις κλιματικές παραμέτρους με την εδαφική και χρονική τους αναφορά και χρησιμοποιούνται για την αποκατάσταση μιας ολοκληρωμένης εικόνας της χωρικής τους κατανομής. Μία από τις κοινές συναρτήσεις συσχέτισης είναι η εξάρτηση της διακύμανσης της μέσης θερμοκρασίας του DT g» της ατμόσφαιρας από την περιεκτικότητα σε CO 2 σε αυτήν:

25, α; 1

5,25 ο 2 + 12,55 ο - 7,3, ο< 1

όπου o, είναι ο λόγος της σύγχρονης περιεκτικότητας σε CO 2 στην ατμόσφαιρα C a (t) προς το προβιομηχανικό της επίπεδο C a (1850).

Από το (1) είναι σαφές ότι το Tg είναι μια αυξανόμενη συνάρτηση της ποσότητας του ατμοσφαιρικού CO 2. Η αύξηση της ποσότητας CO 2 στην ατμόσφαιρα κατά 20% οδηγεί σε αύξηση της θερμοκρασίας κατά 0,3 °C. Ο διπλασιασμός του ατμοσφαιρικού CO2 προκαλεί αύξηση του Tg κατά 1,3 °C. Μια λεπτομερής ανάλυση της συνάρτησης (1) και μια σύγκριση των παρατηρούμενων κοινών παραλλαγών των DT g και o δείχνουν ότι η χρήση του μοντέλου (1) μας επιτρέπει να απλοποιήσουμε το κλιματικό μπλοκ του μοντέλου Nature-Society. Συγκεκριμένα, εάν σύμφωνα με το (1) υπολογίσουμε (DT g) 2[ CO2 ] όταν διπλασιαστεί η συγκέντρωση του ατμοσφαιρικού CO 2, τότε για να εκτιμήσουμε την τρέχουσα τάση στις αλλαγές στο DT g, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον τύπο:

DT g = (DT g) 2[ CO 2 ] 1po/ln2 , (2)

όπου, σύμφωνα με αποδεκτές εκτιμήσεις, η προβιομηχανική αξία του C a (1850) = 270 ppm.

Ο τύπος (2) προσεγγίζει καλά τα ήδη γνωστά δεδομένα με σφάλμα περίπου 50%. Στην πραγματικότητα, από το (2) στο C a (1980) = 338 ppm προκύπτει ότι DT g = 1,3 °K, ενώ η πραγματική θέρμανση υπολογίζεται από πολλούς συγγραφείς ότι είναι 0,6 °K.

Φυσικά, οι συζητήσεις που συνεχίζονται τα τελευταία χρόνια για το φαινόμενο του θερμοκηπίου σε σχέση με την αύξηση της μερικής πίεσης του CO 2 στην ατμόσφαιρα της γης θα πρέπει να αντικατοπτρίζονται στο GIM. Ο τύπος (1) λαμβάνει υπόψη την επίδραση του CO 2 Σύμφωνα με τον Mintzer (1987), είναι δυνατό να επεκταθεί η θεώρηση της επίδρασης της θερμοκρασίας από άλλα αέρια θερμοκηπίου:

DT; = DT CO 2 + DT N 2 0 + DT CH 4 + DT O 3 + DT C F C 11 + DT C F C 12, όπου

DT CO 2 = - 0,677 +3,019lп [С а (t) / С а (t о)],

DT N 20 = 0,057 ([ N 2 0(t)] 1/2 - [ N 2 0(t 0)] 1/2 )

DT CH 4 = 0,19 ([ CH4(t)] 1/2 - [CH4(t 0)] 1/2),

DT O 3 = 0,7/15,

DT C F C 11 = 0,14[СFC11(t)- СFC11(t 0)],

DT C F C 12 = 0,16 [СFC12(t) - СFC12(t 0)] .

Η τιμή του t 0 ταυτίζεται με το 1980, όταν οι συγκεντρώσεις αερίων θερμοκηπίου θεωρούνται γνωστές.

Μεταξύ των απλών τύπων για τον υπολογισμό της γεωγραφικής κατανομής της μέσης θερμοκρασίας σε όλη την υδρόγειο, μπορεί κανείς να υποδείξει τα σχήματα που πρότεινε ο Sergin (1974)

T(ts) = T g +g (sin 2 ts T - sin 2 ts) (3)

όπου q είναι το γεωγραφικό πλάτος σε ακτίνια, g είναι η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του πόλου και του ισημερινού, q ​​T είναι το γεωγραφικό πλάτος στο οποίο T(t) = T g. Οι γεωγραφικές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια του έτους περιγράφονται ικανοποιητικά από το μοντέλο (Sergin, 1974):

T e - 2ts(T e - T N)/p για το βόρειο ημισφαίριο,

T e - 2ts(T e - T S)/p για το νότιο ημισφαίριο,

Т N, min +2t(T N, max - T N, min)/t Д,tЄ;

Т N, min +2(t Д - t) (T N, max - T N, min)/ t Д,tЄ;

Т S, max +2t(Т S, min - T S, max)/t Д,tЄ;

Т S, max +2(t Д - t) (Т S, min - T S, max)/ t Д,tЄ;

T N, min (T S, min) και T N, max (T S, max) ελάχιστες και μέγιστες θερμοκρασίες στο βόρειο (νότιο) πόλο, αντίστοιχα, °C. t D - διάρκεια του έτους σε μονάδες D, T e - ατμοσφαιρική θερμοκρασία στον ισημερινό, °C. Πολλοί συγγραφείς χρησιμοποιούν τέτοιες εκτιμήσεις

ως T N, min = - 30°C, T N, max = 0°C, T S, min = - 50°C, TS, max = -10°C, T e = 28 0 C.

Φυσικά, τέτοιες ζώνες μέσης θερμοκρασίας έχουν διασπορές που οδηγούν σε σημαντικά σφάλματα. Για να αντικατοπτρίζεται με μεγαλύτερη ακρίβεια ο ρόλος των διαφόρων παραγόντων στις αλλαγές στην κύρια κλιματική παράμετρο, που είναι η θερμοκρασία, είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η συμβολή κάθε παράγοντα ξεχωριστά. Αυτό μπορεί να γίνει με βάση την υπόθεση ότι ο ρόλος της ανάδρασης είναι προσθετικός:

DT a, τελικό = DT a + DT a, ανατροφοδότηση

DT a, τελικό = vDT a

Η παράμετρος b εκφράζεται μέσω του δείκτη κέρδους g: b = 1/(1-g). Η τιμή του g είναι ισοδύναμη με το albedo b, το οποίο σε παγκόσμια κλίμακα είναι συνάρτηση του T a. Μια κατά προσέγγιση προσέγγιση αυτής της εξάρτησης μπορεί να αναπαρασταθεί με την ακόλουθη μορφή:

β πάγος στο Τ α; Τ πάγος,

b(T a) = b ελεύθερο στο T a; T δωρεάν,

b ελεύθερο + b(T free - T) στον πάγο T<Т а < Т free

Εδώ T ice και T free είναι οι μέσες πλανητικές θερμοκρασίες στις οποίες ολόκληρη η επιφάνεια της Γης είναι καλυμμένη με πάγο ή απαλλαγμένη από αυτόν, αντίστοιχα. b είναι ο συντελεστής μετάβασης μεταξύ των κρίσιμων καταστάσεων του άλμπεντο της Γης. Συνήθως το T i se Є °K είναι αποδεκτό.

Η χρήση απλών και αρκετά πρόχειρων κλιματικών μοντέλων μπορεί να βελτιωθεί λαμβάνοντας υπόψη τους χαρακτηριστικούς χρόνους απόκρισης ανάδρασης. Ορισμένες εκτιμήσεις του χρόνου για την επίτευξη ισορροπίας στην αλληλεπίδραση των υποσυστημάτων του κλίματος δίνονται στον Πίνακα. 1. Είναι σαφές ότι το χρονικό εύρος των καθυστερήσεων απόκρισης εντός του συστήματος Nature-Society είναι ποικίλο και είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη κατά την αξιολόγηση των συνεπειών των αλλαγών σε ένα ή περισσότερα κλιματικά υποσυστήματα. Συγκεκριμένα, τα ψυχρά αποθέματα στο στρώμα πάγου της Ανταρκτικής είναι τόσο τεράστια που για να αυξηθεί η θερμοκρασία του στους 0 °C, θα χρειαστεί να μειωθεί η μέση θερμοκρασία του Παγκόσμιου Ωκεανού κατά 2 °C, δηλ. μεταφέρετέ το από την κατάσταση T 0 = 5,7 °C στην κατάσταση T 0 = 3,7 °C. Λαμβάνοντας υπόψη τα δεδομένα του πίνακα. 1 η αδράνεια μιας τέτοιας λειτουργίας θα είναι εκατοντάδες χρόνια. Ο παρατηρούμενος ρυθμός θέρμανσης του κλίματος λόγω ανθρωπογενών αιτιών δεν έχει ακόμη τέτοιο ενεργειακό κόστος.

Πίνακας 1

Χρόνοι ισορροπίας για κάποιους

υποσυστήματα του κλιματικού συστήματος της Γης

Περιοχή επιρροής κλιματικό σύστημα	Χρόνος τακτοποίησης κατάσταση ισορροπίας
Ατμόσφαιρα: δωρεάν οριακό στρώμα
Παγκόσμιος Ωκεανός: μικτό στρώμα βαθύς ωκεανός θαλάσσιος πάγος	από ημέρες έως 100 χρόνια
ηπείρους λίμνες και ποτάμια εδαφικοί και φυτικοί σχηματισμοί χιονοκάλυψη και επιφανειακός πάγος
Ορεινοί παγετώνες
Παγάκια
μανδύας της γης	30 Μα

Ο μηχανισμός της ανθρωπογενούς επίδρασης στο κλιματικό σύστημα εκδηλώνεται μέσω των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και των αλλαγών στο albedo λόγω της ανακατασκευής των εδαφών, της παρεμβολής στον κύκλο του νερού και της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Σωματίδια αερολύματος με ακτίνα 10 -7 h10 -2 cm βρίσκονται σχεδόν σε όλα τα ατμοσφαιρικά υψόμετρα. Σωματίδια μη ανθρωπογενούς προέλευσης εισέρχονται στην ατμόσφαιρα από την επιφάνεια της γης ή του ωκεανού και σχηματίζονται επίσης ως αποτέλεσμα χημικών αντιδράσεων μεταξύ των αερίων. Σωματίδια ανθρωπογενούς προέλευσης προκύπτουν κυρίως ως αποτέλεσμα της καύσης καυσίμων. Μια ιδέα για τη σχέση μεταξύ αυτών των ροών σωματιδίων στην ατμόσφαιρα δίνεται στον Πίνακα. 2.

Πίνακας 2

Εκτιμήσεις των ροών σωματιδίων με ακτίνα μικρότερη από 20 μικρά που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα ή σχηματίζονται σε αυτήν (Butcher, Charleson, 1977)

Τύπος σωματιδίων	Αριθμός σωματιδίων, 10 6 t/έτος
Σωματίδια φυσικής προέλευσης (καιρικές συνθήκες, διάβρωση κ.λπ.)
Σωματίδια από δασικές πυρκαγιές και καύση δασικών αποβλήτων
Θαλασσινό αλάτι
Ηφαιστειακή σκόνη
Σωματίδια που σχηματίζονται κατά την απελευθέρωση αερίων: φυσικές διαδικασίες θειικά άλατα από H2S άλατα αμμωνίου από HN 3 νιτρικά από N0 x υδρογονανθρακικά από φυτικές ενώσεις ανθρωπογενείς διεργασίες θειικά άλατα από SO 2 νιτρικά από NO x υδρογονανθρακικά
Συνολικά σωματίδια που εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα: για φυσικούς λόγους για ανθρωπογενείς λόγους
Ολική ροή σωματιδίων στην ατμόσφαιρα

Ο μηχανισμός της επίδρασης των σωματιδίων στη θερμοκρασία της ατμόσφαιρας εξηγείται από το γεγονός ότι η ηλιακή ακτινοβολία που πέφτει στη Γη, κυρίως στην περιοχή 0,4-4 microns, ανακλάται εν μέρει και απορροφάται από αυτά. Ταυτόχρονα, το παγκόσμιο άλμπεντο του συστήματος επιφάνειας-ατμόσφαιρας της Γης αλλάζει. Επιπλέον, τα σωματίδια επηρεάζουν τις διαδικασίες συμπύκνωσης της υγρασίας στην ατμόσφαιρα, αφού με τη συμμετοχή τους συμβαίνει ο σχηματισμός νεφών, βροχής και χιονιού. Ας χρησιμοποιήσουμε την εξίσωση ισορροπίας θερμότητας του συστήματος επιφάνειας-ατμόσφαιρας της Γης:

(1- β)E 0 * + E a - yT S 4 = 0, (4)

όπου T S είναι η μέση ενεργός θερμοκρασία της ακτινοβολίας του συστήματος, κοντά στη θερμοκρασία του μέσου επιπέδου ενέργειας κοντά στην επιφάνεια των 400 mb, E 0 * = 0,487 cal cm -2 min -1 - η μέση ένταση της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας για την ημισφαίριο; β- άλμπεδο; y = 8,14-10 "" cal cm -2 min -1 σταθερά Stefan-Boltzmann, E a είναι η συνολική ένταση των ανθρωπογενών πηγών ενέργειας ανά μονάδα επιφάνειας.

Έστω albedo b = b 0 - Db, όπου b 0 = 0,35 είναι το albedo στις σύγχρονες συνθήκες, Db είναι ένα μικρό μέρος του albedo που καθορίζεται από την επίδραση ανθρωπογενών αερολυμάτων. Από την εξίσωση (4) παίρνουμε την έκφραση για τη θερμοκρασία:

T S =[ E 0 * (1- b)/y ] 1/4 1/4 (5)

Υποθέτοντας ότι db<< 1 и Е а /Е 0 *<< 1, разложим функцию правой части уравнения (5) в ряд Тейлора по степеням Дб и Е а / Е 0 * и выпишем первые члены ряда:

T S = [ E 0 * (1- b 0) / y ] 1/4 (1 + 0,25 dB (1- b 0) -1 ) (6)

Από το (6) προκύπτει ότι η θερμοκρασία κάτω από όχι πολύ ισχυρές ανθρωπογενείς επιδράσεις είναι το άθροισμα του όρου που περιγράφει τις συνδέσεις στο σύστημα «Επιφάνεια Γης - Ατμόσφαιρα» χωρίς να λαμβάνονται υπόψη ανθρωπογενείς παράγοντες, και οι όροι T 1 και T 2, που εκφράζουν η συμβολή των εκπομπών θερμότητας και αερολυμάτων, αντίστοιχα:

T 1 =0,25(1- b 0) -1 [ E 0 * (1- b 0)/y ] 1/4 E a / E 0 * = 96,046 E a / E 0 *,

T 2 =0,25(1- b 0) -1 [ E 0 * (1- b 0)/y] 1/4 dB = 96,046 dB,

Σημειώστε ότι η προσθήκη Τ 1 υπό σύγχρονες συνθήκες είναι πολύ μικρή. Αν πάρουμε E a = 4 10 - 5 cal cm -2 min -1 και, επομένως, E a / E 0 * = 8,21 -10 - 4, τότε T 1 = 0,0079°C. Έτσι, η άμεση επίδραση της παγκόσμιας ενέργειας στη μέση ατμοσφαιρική θερμοκρασία είναι επί του παρόντος ασήμαντη. Από την έκφραση για το T 1 προκύπτει ότι για να αυξηθεί η ατμοσφαιρική θερμοκρασία λόγω εκπομπών θερμότητας κατά 0,5 °C, είναι απαραίτητο να πληρούται η συνθήκη Ea / E 0 * = 0,0052, που σημαίνει αύξηση των ανθρωπογενών ροών θερμότητας το περιβάλλον κατά 63,4 φορές. Αυτό ισοδυναμεί με την απελευθέρωση ενέργειας κατά την καύση 570 10 9 τόνων τυπικού καυσίμου ετησίως.

Αν υποθέσουμε ότι η παραγωγή ενέργειας είναι ανάλογη του πληθυσμού, τότε T 1 = 96.046 k TG Gу S / E 0 *, όπου G είναι η πυκνότητα πληθυσμού, άτομο/km 2 ; y S - χερσαία έκταση, km 2; k TG - ποσότητα παραγόμενης ενέργειας ανά άτομο, θερμίδες/λεπτό.

Αν παραμελήσουμε την επίδραση του αερολύματος στο θερμικό καθεστώς της ατμόσφαιρας, τότε η άμεση ακτινοβολία Ε, η μεταβολή της dE και η μεταβολή της ατμοσφαιρικής θολότητας dB θα συσχετιστούν με την εξίσωση: dE/E =k B dB, όπου k B = 0,1154 km 2 / t είναι ο συντελεστής αναλογικότητας, B - η ποσότητα αερολυμάτων ανθρωπογενούς προέλευσης, t/km 2. Μετά την ολοκλήρωση αυτής της εξίσωσης παίρνουμε: E=E 0 *(1-b 0)exp(-k B B). Από την άλλη, σύμφωνα με τον ορισμό του albedo, E = E 0 *(1- b) = E 0 *(1- b 0 + db). Εξισώνοντας αυτές τις εκφράσεις για το E, λαμβάνουμε Db = -(1-b 0). Επομένως, η μεταβολή της θερμοκρασίας που σχετίζεται με την ανθρωπογενή ρύπανση από αεροζόλ της ατμόσφαιρας είναι ίση με:

T 2 = -0,25[E 0 *(1-b 0)/y] 1/4 = -62,43

Δεδομένου ότι η μέση εκπομπή αερολυμάτων ανθρωπογενούς προέλευσης, σύμφωνα με πολλούς συγγραφείς, είναι 300 10 6 τόνοι/έτος και ο μέσος χρόνος παραμονής των αερολυμάτων στην ατμόσφαιρα υπολογίζεται σε 3 εβδομάδες, τότε υπάρχουν κατά μέσο όρο 17.262 10 6 τόνοι σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Από τον τύπο για το T2, σε αυτή την περίπτωση προκύπτει ότι η ατμοσφαιρική θερμοκρασία πρέπει να μειωθεί κατά 0,84 °C/έτος.

Πολλοί συγγραφείς, αντί για τον δείκτη b, θεωρούν τον συντελεστή ατμοσφαιρικής θολότητας B T, ορίζοντας τον ως την αναλογία του συντελεστή b r της εξασθένησης της ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας σε μια πραγματική ατμόσφαιρα προς τον συντελεστή b I της εξασθένησης σε μια ιδανική ατμόσφαιρα:

B T = b r / b I = (b I + b W - b A)/ b I, όπου b W και b A είναι οι συντελεστές εξασθένησης των υδρατμών και των αερολυμάτων, αντίστοιχα. Το Κρατικό Ιστορικό Μουσείο δέχεται τις ακόλουθες εκτιμήσεις:

3 στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη,

B T = 3,5 σε τροπικά γεωγραφικά πλάτη,

2 με μειωμένη περιεκτικότητα σε σκόνη και υδρατμούς.

Η εμπειρία της μοντελοποίησης του κλίματος της Γης υποδηλώνει ότι η επιθυμία πολλών συγγραφέων να ληφθούν υπόψη όσο το δυνατόν ακριβέστερα και πλήρως όλες οι πιθανές ανατροφοδοτήσεις και στοιχεία του κλιματικού συστήματος οδηγεί σε πολύπλοκα μαθηματικά προβλήματα, η επίλυση των οποίων απαιτεί τεράστιο όγκο δεδομένων. και στις περισσότερες περιπτώσεις οι λύσεις των αντίστοιχων εξισώσεων αποδεικνύονται ασταθείς. Επομένως, η χρήση τέτοιων πολύπλοκων μοντέλων ως μπλοκ του παγκόσμιου μοντέλου του συστήματος KPO οδηγεί αναπόφευκτα σε αρνητικό αποτέλεσμα, δηλ. στην αδυναμία σύνθεσης ενός αποτελεσματικού μοντέλου. Η πιο πολλά υποσχόμενη προσέγγιση είναι σίγουρα ο συνδυασμός κλιματικών μοντέλων με δεδομένα παγκόσμιας παρακολούθησης. Το σχέδιο αυτού του συνδυασμού είναι πολύ απλό. Τα υπάρχοντα επίγεια και δορυφορικά συστήματα για την παρακολούθηση των διαδικασιών διαμόρφωσης του κλίματος καλύπτουν ένα ορισμένο μέρος των κυττάρων (Шij) της επιφάνειας της γης. Πάνω από αυτές τις κυψέλες μετρώνται η θερμοκρασία, η θολότητα, η περιεκτικότητα σε υδρατμούς, αερολύματα και αέρια, το albedo και πολλές άλλες παράμετροι των ροών ενέργειας. Η χρήση απλών κλιματικών μοντέλων, καθώς και μεθόδων χωροχρονικής παρεμβολής, καθιστά δυνατή την ανακατασκευή, με βάση αυτές τις μετρήσεις, μιας πλήρους εικόνας της κατανομής των κλιματικών παραμέτρων σε ολόκληρη την επικράτεια του Shch.

Η κοινωνική πτυχή έχει εισέλθει στο πεδίο της αλληλεπίδρασης με προβλήματα αρμονίας στη σχέση κοινωνίας και φύσης. Η τύχη της βιόσφαιρας θα εξαρτηθεί από το πώς ο πληθυσμός της Γης θα λύσει γρήγορα το πρόβλημα της εύρεσης μιας βέλτιστης ισορροπίας μεταξύ «λογικών» και «παράλογων» στάσεων απέναντι στο περιβάλλον. Επιπλέον, όπως έχουν δείξει οι εκτιμήσεις των μοντέλων, το 90% όλης της ανθρωπότητας θα πρέπει να το αποδεχθεί αυτό. Αλλά είναι απίθανο σε αυτό το στάδιο της ιστορίας ένα τέτοιο μέρος του πληθυσμού να είναι σε θέση συνειδητά, σύμφωνα με τις ηθικές αρχές του, ανώδυνα και οικειοθελώς να μεταβεί από τη θέση της κατάκτησης της φύσης στη θέση της ανάπτυξης νέων αρμονικών σχέσεων μεταξύ φύσης και κοινωνίας. Για να επιτευχθεί παγκόσμια αρμονία, είναι απαραίτητο να επικεντρωθεί η προσοχή σε αρνητικές περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές αλλαγές, έτσι ώστε η περιβαλλοντική γνώση να εισαχθεί στην πράξη, δηλ. πρέπει να έλθει στο στάδιο των εποικοδομητικών εφαρμογών με τη μορφή συγκεκριμένων τεχνολογιών που διασφαλίζουν υψηλής ποιότητας λήψη αποφάσεων στον τομέα των περιβαλλοντικών δραστηριοτήτων.

Λογοτεχνία

1. V.F. Krapivin, K.Ya. Κοντρατίεφ. «Παγκόσμιες περιβαλλοντικές αλλαγές: οικο-πληροφορική.» - Αγία Πετρούπολη, 2002

2. http://climate2008.igce.ru/v2008/htm/1.htm-ΕΚΘΕΣΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΓΙΑ ΤΙΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΕΣ ΑΛΛΑΓΕΣ ΚΑΙ ΤΙΣ ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΤΟΥΣ ΣΤΟ ΕΔΑΦΟΣ ΤΗΣ ΡΩΣΙΚΗΣ ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑΣ

Παρόμοια έγγραφα

Εξοικείωση με τα χαρακτηριστικά σύγκρισης δεικτών κλιματικών διακυμάνσεων και παγκόσμιας θερμοκρασίας με διακυμάνσεις στην περιστροφή της Γης. Το φαινόμενο ENSO είναι ο κύριος τρόπος ταλάντωσης του συστήματος ωκεανού-ατμόσφαιρας, που παρατηρείται τακτικά στον ισημερινό Ειρηνικό Ωκεανό.

διατριβή, προστέθηκε 26/08/2017


Μεθοδολογικές και θεωρητικές βάσεις της διαδικασίας μοντελοποίησης περιβαλλοντικών συστημάτων και διαδικασιών. Μελέτη της επίδρασης επιφανειοδραστικών ουσιών στα υδρόβια φυτά με το παράδειγμα της Elodea. Συγκριτική ανάλυση των συστατικών των συνθετικών απορρυπαντικών.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 23/01/2013


Γενικές αρχές και καθήκοντα μοντελοποίησης. Γενική έννοια του μοντέλου θηρευτή-θηράματος. Διαγωνισμός δύο ειδών. Έννοια δάσους με κλιμακωτό μωσαϊκό, μοντελοποίηση κενού. Μαθηματικό μοντέλο του βόρειου δασικού οικοσυστήματος της Ανατολικής Σιβηρίας. Προβλήματα μοντελοποίησης στην οικολογία.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 12/03/2012


Η σημασία των μαθηματικών μοντέλων διεργασιών που συμβαίνουν στα εδάφη. Μαθηματικό μοντέλο θερμικών και θερμοκρασιακών καθεστώτων εδαφών, υδατικό καθεστώς εδαφών. Χαρακτηριστικά του μοντέλου διεργασιών συσσώρευσης χούμου και ιδιαιτερότητες μοντελοποίησης της παραγωγικότητας των αγροοικοσυστημάτων.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 31/05/2012


Μαθηματική μοντελοποίηση στην οικολογία. Διαειδική αλληλεπίδραση τύπου «Predator-Prey». Υπολογιστική μοντελοποίηση σχέσεων. Στατικά σημεία του συστήματος εξισώσεων. Κατασκευή τροχιών φάσης με την ισοκλινική μέθοδο. Αριθμητική μοντελοποίηση του προβλήματος.

περίληψη, προστέθηκε 12/09/2012


Χαρακτηριστικά των διαδικασιών μοντελοποίησης σε φυσικά-τεχνογενή συμπλέγματα. Μοντέλο κίνησης βαρέων μετάλλων και ελαφρών προϊόντων πετρελαίου. Πρόβλεψη λειτουργίας φυσικών-τεχνογενών συμπλεγμάτων. Μεταλλοποίηση υπόγειων υδάτων σε συστήματα αποκατάστασης.

περίληψη, προστέθηκε 01/07/2014


Ζώνη μόνιμου παγετού, τα χαρακτηριστικά της. Δυναμική και συνέπειες της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής. αξιολόγηση αβεβαιότητας. Πρόβλεψη γεωκρυολογικών κινδύνων για υποδομές. Η επίδραση των εκπομπών μεθανίου κατά την αποικοδόμηση του μόνιμου παγετού.

περίληψη, προστέθηκε 11/07/2014


Γενικά χαρακτηριστικά του όζοντος και οι διεργασίες που συνοδεύουν τον σχηματισμό του. Η σημασία του όζοντος στη λειτουργία του κλιματικού συστήματος, η κατανομή του με το υψόμετρο. Η επίδραση της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας στη δυναμική της οζονόσφαιρας, τα αίτια και οι συνέπειες της καταστροφής.

εργασία μαθήματος, προστέθηκε 05/10/2011


Η έννοια της συστηματικής προσέγγισης για την επίλυση περιβαλλοντικών προβλημάτων. Μοντελοποίηση προσομοίωσης περιβαλλοντικών μοντέλων και διαδικασιών. Όργανα για τον προσδιορισμό της ρύπανσης του εδάφους και τη μέτρηση των χαρακτηριστικών του εδάφους. Συσκευή για ανάλυση ρητής τοξικότητας "Biotox-10M".

εργασία μαθημάτων, προστέθηκε 24/06/2010


Μελέτη της κατάστασης του κλίματος (θέρμανση και ψύξη) στη Γροιλανδία σε περασμένες εποχές με τη μέθοδο Spa. Θέση σταθμού γεωτρήσεων βαθέων υδάτων στον Βόρειο Ατλαντικό. Μελέτη της κατάστασης του κλίματος και των τοπίων της Δυτικής Σιβηρίας στο Ολόκαινο.

Από τα τέλη του περασμένου αιώνα παρατηρείται ιδιαίτερη αύξηση του ενδιαφέροντος για την κλιματική αλλαγή. Αυτό οφείλεται στην αύξηση των αλλαγών στη φύση, κάτι που είναι ήδη εμφανές στο επίπεδο του απλού ανθρώπου στο δρόμο. Πόσες από αυτές τις αλλαγές οφείλονται σε φυσικές διεργασίες και πόσο σχετίζονται με την ανθρώπινη δραστηριότητα; Σήμερα, μια συνομιλία με ειδικούς - κορυφαίους ερευνητές στο Ινστιτούτο Υπολογιστικών Μαθηματικών της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών - θα μας βοηθήσει να το καταλάβουμε. Ο Evgeniy Volodin και ο Nikolai Diansky, με τους οποίους μιλάμε σήμερα, ασχολούνται με την κλιματική μοντελοποίηση στο ινστιτούτο και είναι Ρώσοι συμμετέχοντες στη Διεθνή Ομάδα Εμπειρογνωμόνων για την Κλιματική Αλλαγή ( Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή, IPCC).

— Ποια γεγονότα της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής αντικατοπτρίζονται στις μελέτες και περιλαμβάνονται στην τέταρτη έκθεση αξιολόγησης;

«Ακόμη και σε καθημερινό επίπεδο, όλοι νιώθουμε τις συνέπειες της υπερθέρμανσης του πλανήτη - για παράδειγμα, οι χειμώνες έχουν γίνει θερμότεροι. Αν στραφούμε σε επιστημονικά δεδομένα, δείχνουν επίσης ότι τα 11 από τα τελευταία 12 χρόνια είναι τα θερμότερα για ολόκληρη την περίοδο των οργανικών παρατηρήσεων της παγκόσμιας θερμοκρασίας (από το 1850). Τον περασμένο αιώνα, η μεταβολή της μέσης παγκόσμιας θερμοκρασίας του αέρα ήταν 0,74°C, με τη γραμμική τάση της θερμοκρασίας τα τελευταία 50 χρόνια να είναι σχεδόν διπλάσια από την αντίστοιχη τιμή για τον αιώνα. Αν μιλάμε για τη Ρωσία, οι χειμερινοί μήνες στο μεγαλύτερο μέρος της χώρας μας τα τελευταία 20 χρόνια ήταν κατά μέσο όρο 1-3 βαθμούς θερμότεροι από τους χειμώνες τα προηγούμενα είκοσι χρόνια.

Η κλιματική αλλαγή δεν σημαίνει μόνο αύξηση της θερμοκρασίας. Ο καθιερωμένος όρος «παγκόσμια κλιματική αλλαγή» αναφέρεται στην αναδιάρθρωση όλων των γεωσυστημάτων. Και η θέρμανση θεωρείται μόνο μια πτυχή της αλλαγής. Τα δεδομένα παρατήρησης υποδεικνύουν αύξηση της στάθμης του Παγκόσμιου Ωκεανού, λιώσιμο των παγετώνων και του μόνιμου παγετού, αυξημένη ανομοιομορφία της βροχόπτωσης, αλλαγές στα καθεστώτα ροής των ποταμών και άλλες παγκόσμιες αλλαγές που σχετίζονται με την κλιματική αστάθεια.

Σημαντικές αλλαγές έχουν σημειωθεί όχι μόνο στα μέσα κλιματικά χαρακτηριστικά, αλλά και στην κλιματική μεταβλητότητα και ακραίες συνθήκες. Τα παλαιοκλιματικά δεδομένα επιβεβαιώνουν την ασυνήθιστη φύση των συνεχιζόμενων κλιματικών αλλαγών, τουλάχιστον τα τελευταία 1300 χρόνια.

— Πώς γίνεται μια επιστημονική πρόβλεψη του κλίματος; Πώς κατασκευάζονται τα κλιματικά μοντέλα;

— Ένα από τα πιο σημαντικά καθήκοντα στη σύγχρονη κλιματολογία είναι η πρόβλεψη της κλιματικής αλλαγής στους επόμενους αιώνες. Η πολύπλοκη φύση των διαδικασιών που συμβαίνουν στο κλιματικό σύστημα δεν επιτρέπει τη χρήση παρεκβολής τάσεων του παρελθόντος ή στατιστικών και άλλων αμιγώς εμπειρικών μεθόδων για τη λήψη μελλοντικών εκτιμήσεων. Είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν πολύπλοκα κλιματικά μοντέλα για να ληφθούν τέτοιες εκτιμήσεις. Σε τέτοια μοντέλα, οι ειδικοί προσπαθούν να λάβουν υπόψη όλες τις διαδικασίες που επηρεάζουν τον καιρό και το κλίμα με τον πιο ολοκληρωμένο και ακριβή τρόπο. Επιπλέον, η αντικειμενικότητα των προβλέψεων αυξάνεται εάν χρησιμοποιούνται πολλά διαφορετικά μοντέλα, καθώς κάθε μοντέλο έχει τα δικά του χαρακτηριστικά. Ως εκ τούτου, βρίσκεται σε εξέλιξη ένα διεθνές πρόγραμμα για τη σύγκριση των προβολών για την κλιματική αλλαγή που λαμβάνονται χρησιμοποιώντας διάφορα κλιματικά μοντέλα σύμφωνα με σενάρια που προτείνει η IPCC, πιθανές μελλοντικές αλλαγές στην περιεκτικότητα σε αέρια θερμοκηπίου, αερολύματα και άλλους ρύπους στην ατμόσφαιρα. Στο πρόγραμμα αυτό συμμετέχει το Ινστιτούτο Υπολογιστικών Μαθηματικών της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (INM RAS). Συνολικά, καλύπτει περίπου δύο δωδεκάδες μοντέλα από διαφορετικές χώρες, όπου οι τομείς της επιστήμης που είναι απαραίτητοι για τη δημιουργία τέτοιων μοντέλων έχουν αναπτυχθεί επαρκώς: από ΗΠΑ, Γερμανία, Γαλλία, Μεγάλη Βρετανία, Ρωσία, Αυστραλία, Καναδά, Κίνα...

Τα κύρια συστατικά του κλιματικού μοντέλου της Γης είναι τα μοντέλα γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας και του ωκεανού - τα λεγόμενα συζευγμένα μοντέλα. Ταυτόχρονα, η ατμόσφαιρα χρησιμεύει ως ο κύριος «δημιουργός» της κλιματικής αλλαγής και ο ωκεανός είναι ο κύριος «συσσωρευτής» αυτών των αλλαγών. Το κλιματικό μοντέλο που δημιουργήθηκε στο INM RAS αναπαράγει τη μεγάλης κλίμακας κυκλοφορία της ατμόσφαιρας και του Παγκόσμιου Ωκεανού σε καλή συμφωνία με δεδομένα παρατήρησης και με ποιότητα όχι κατώτερη από τα σύγχρονα κλιματικά μοντέλα. Αυτό επιτυγχάνεται κυρίως λόγω του γεγονότος ότι κατά τη δημιουργία και τη δημιουργία μοντέλων γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας και του ωκεανού, ήταν δυνατό να διασφαλιστεί ότι αυτά τα μοντέλα (σε αυτόνομη λειτουργία) αναπαράγουν αρκετά καλά τις κλιματικές συνθήκες της ατμόσφαιρας και του ωκεανού. Επιπλέον, πριν αρχίσουμε να προβλέψουμε τις μελλοντικές κλιματικές αλλαγές, το κλιματικό μας μοντέλο, όπως και άλλα, επαληθεύτηκε (με άλλα λόγια, δοκιμάστηκε) αναπαράγοντας παλαιότερες κλιματικές αλλαγές από τα τέλη του 19ου αιώνα μέχρι σήμερα.

— Και ποια είναι τα αποτελέσματα της προσομοίωσης;

— Πραγματοποιήσαμε πολλά πειράματα χρησιμοποιώντας σενάρια IPCC. Τα πιο σημαντικά από αυτά είναι τρία: μιλώντας σχετικά, αυτό είναι ένα απαισιόδοξο σενάριο (Α2), όταν η ανθρώπινη κοινότητα θα αναπτυχθεί χωρίς να δίνει προσοχή στο περιβάλλον, ένα μέτριο (A1B), όταν θα επιβληθούν περιορισμοί όπως το Πρωτόκολλο του Κιότο, και μια αισιόδοξη (Β1) - με ισχυρότερους περιορισμούς στις ανθρωπογενείς επιπτώσεις. Επιπλέον, και στα τρία σενάρια θεωρείται ότι ο όγκος της καύσης καυσίμου (και, κατά συνέπεια, οι εκπομπές άνθρακα στην ατμόσφαιρα) θα αυξηθεί, μόνο με λίγο πολύ γρήγορο ρυθμό.

Σύμφωνα με το απαισιόδοξο, «θερμότερο» σενάριο, η μέση θέρμανση στην επιφάνεια το 2151-2200. σε σύγκριση με το 1951-2000 θα είναι περίπου 5 βαθμοί. Με πιο μέτρια ανάπτυξη θα είναι περίπου 3 βαθμούς.

Σημαντική υπερθέρμανση του κλίματος θα σημειωθεί επίσης στην Αρκτική. Ακόμη και κάτω από ένα πιο αισιόδοξο σενάριο, στο δεύτερο μισό του 21ου αιώνα, οι θερμοκρασίες στην Αρκτική θα αυξηθούν κατά περίπου 10 βαθμούς σε σύγκριση με το δεύτερο μισό του 20ού αιώνα. Είναι πιθανό σε λιγότερο από 100 χρόνια, ο πολικός θαλάσσιος πάγος να παραμείνει μόνο το χειμώνα και να λιώσει το καλοκαίρι.

Ταυτόχρονα, σύμφωνα με το δικό μας και άλλα μοντέλα, δεν θα παρατηρηθεί εντατική άνοδος της στάθμης της θάλασσας τον επόμενο αιώνα. Το γεγονός είναι ότι το λιώσιμο των ηπειρωτικών πάγων στην Ανταρκτική και τη Γροιλανδία θα αντισταθμιστεί σε μεγάλο βαθμό από την αύξηση των χιονοπτώσεων σε αυτές τις περιοχές, που σχετίζεται με την αύξηση των βροχοπτώσεων με την αύξηση της θερμοκρασίας. Η κύρια συμβολή στην άνοδο της στάθμης της θάλασσας θα πρέπει να προέρχεται από τη διαστολή του νερού με την άνοδο της θερμοκρασίας.

Τα αποτελέσματα των πειραμάτων με το μοντέλο κλιματικού συστήματος INM RAS για την πρόβλεψη της κλιματικής αλλαγής, μαζί με τα αποτελέσματα άλλων ξένων μοντέλων, συμπεριλήφθηκαν στην έκθεση της IPCC, η οποία απονεμήθηκε από κοινού με τον A. Gore με το Νόμπελ Ειρήνης το 2007.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι μέχρι σήμερα, στην τέταρτη έκθεση της IPCC έχουν παρουσιαστεί μόνο τα αποτελέσματα που έχουν ληφθεί χρησιμοποιώντας το κλιματικό μοντέλο ICM από τη Ρωσία.

— Λένε ότι ο ευρωπαϊκός καιρός γεννιέται στον Ατλαντικό - είναι αλήθεια αυτό;

— Τα καιρικά φαινόμενα που συμβαίνουν πάνω από τον Βόρειο Ατλαντικό έχουν σίγουρα ισχυρό αντίκτυπο στην Ευρώπη. Αυτό συμβαίνει επειδή σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη από την επιφάνεια της Γης έως τα 15-20 km, ο άνεμος φυσά κυρίως από τα δυτικά προς τα ανατολικά, δηλαδή οι μάζες αέρα έρχονται στην Ευρώπη πιο συχνά από τα δυτικά, από τον Ατλαντικό. Αλλά αυτό δεν συμβαίνει πάντα, και γενικά είναι αδύνατο να ξεχωρίσουμε κάποιο μέρος όπου έχει διαμορφωθεί πλήρως ο ευρωπαϊκός καιρός.

Ο ευρωπαϊκός καιρός ως φαινόμενο μεγάλης κλίμακας διαμορφώνεται από τη γενική κατάσταση της ατμόσφαιρας στο βόρειο ημισφαίριο. Φυσικά, ο Ατλαντικός κατέχει σημαντική θέση σε αυτή τη διαδικασία. Ωστόσο, αυτό που είναι πιο σημαντικό εδώ δεν είναι η εγγενής μεταβλητότητα (απόκλιση από τον ετήσιο κύκλο) των διεργασιών ωκεάνιας κυκλοφορίας στον Βόρειο Ατλαντικό, αλλά το γεγονός ότι η ατμόσφαιρα, ως πολύ πιο μεταβλητό περιβάλλον, χρησιμοποιεί τον Βόρειο Ατλαντικό ως ενεργειακή δεξαμενή. για το σχηματισμό της δικής του μεταβλητότητας.

Εδώ περνάμε από την πρόβλεψη και τη μοντελοποίηση του κλίματος στην πρόβλεψη και τη μοντελοποίηση καιρού. Πρέπει να διαχωρίσουμε αυτά τα δύο προβλήματα. Κατ 'αρχήν, και για τις δύο εργασίες, χρησιμοποιούνται περίπου τα ίδια μοντέλα που περιγράφουν τη δυναμική της ατμόσφαιρας. Η διαφορά είναι ότι οι αρχικές συνθήκες του μοντέλου είναι πολύ σημαντικές για την πρόβλεψη του καιρού. Η ποιότητά τους καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την ποιότητα της πρόβλεψης.

Κατά τη μοντελοποίηση της κλιματικής αλλαγής για μια περίοδο αρκετών δεκαετιών έως αρκετών αιώνων και χιλιετιών, τα αρχικά δεδομένα δεν παίζουν τόσο σημαντικό ρόλο και σημαντικό ρόλο παίζουν λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις εξωτερικές επιρροές σε σχέση με την ατμόσφαιρα, λόγω των οποίων η κλιματική αλλαγή εμφανίζεται. Τέτοιες επιπτώσεις μπορεί να είναι μια αλλαγή στη συγκέντρωση των αερίων του θερμοκηπίου, η απελευθέρωση ηφαιστειακών αερολυμάτων στην ατμόσφαιρα, αλλαγές στις παραμέτρους της τροχιάς της γης κ.λπ. Το ινστιτούτο μας αναπτύσσει ένα από αυτά τα μοντέλα για το Roshydromet.

— Τι μπορεί να ειπωθεί για την κλιματική αλλαγή στη Ρωσία; Τι πρέπει να προσέχετε ιδιαίτερα;

— Γενικά, ως αποτέλεσμα της θέρμανσης, το κλίμα της κεντρικής Ρωσίας θα βελτιωθεί ακόμη και σε κάποιο βαθμό, αλλά στη νότια Ρωσία θα επιδεινωθεί λόγω της αυξημένης ξηρασίας. Μεγάλο πρόβλημα θα προκύψει από το λιώσιμο του μόνιμου παγετού, που καλύπτει μεγάλες εκτάσεις.

Στη Ρωσία, κατά τον υπολογισμό της θέρμανσης σε οποιοδήποτε σενάριο, η θερμοκρασία θα αυξηθεί περίπου δύο φορές πιο γρήγορα από τον μέσο όρο της Γης, κάτι που επιβεβαιώνεται από δεδομένα από άλλα μοντέλα. Επιπλέον, σύμφωνα με το μοντέλο μας, η Ρωσία θα γίνει πιο ζεστή το χειμώνα παρά το καλοκαίρι. Για παράδειγμα, με μέση υπερθέρμανση του πλανήτη 3 βαθμούς στη Ρωσία, η θέρμανση θα είναι 4-7 βαθμούς κατά μέσο όρο ετησίως. Ταυτόχρονα, θα ζεσταθεί κατά 3-4 βαθμούς το καλοκαίρι και κατά 5-10 βαθμούς το χειμώνα. Η υπερθέρμανση του χειμώνα στη Ρωσία θα οφείλεται, μεταξύ άλλων, στο γεγονός ότι η ατμοσφαιρική κυκλοφορία θα αλλάξει ελαφρά. Οι ενισχυμένοι δυτικοί άνεμοι θα φέρουν περισσότερες θερμές αέριες μάζες στον Ατλαντικό.

— Ποιο είναι το συμπέρασμα της IPCC και, ειδικότερα, των εγχώριων επιστημόνων σχετικά με την ανθρωπογενή συμβολή στην κλιματική αλλαγή;

— Η ιστορική εμπειρία δείχνει ότι οποιαδήποτε παρέμβαση στη φύση δεν μένει ατιμώρητη.

Η έκθεση της IPCC τονίζει ότι η θέρμανση που παρατηρείται τις τελευταίες δεκαετίες είναι κυρίως συνέπεια της ανθρώπινης επιρροής και δεν μπορεί να εξηγηθεί μόνο από φυσικά αίτια. Ο ανθρωπογενής παράγοντας είναι τουλάχιστον πέντε φορές μεγαλύτερος από την επίδραση των διακυμάνσεων της ηλιακής δραστηριότητας. Ο βαθμός αξιοπιστίας αυτών των συμπερασμάτων, με βάση τα τελευταία αποτελέσματα ανάλυσης δεδομένων παρατήρησης, εκτιμάται ως πολύ υψηλός.

Τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης μας καταδεικνύουν επίσης πειστικά τον κυρίαρχο ρόλο της ανθρωπογενούς συμβολής. Τα κλιματικά μοντέλα αναπαράγουν καλά την παρατηρούμενη θέρμανση εάν λάβουν υπόψη τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και άλλων αερίων που οφείλονται στις ανθρώπινες δραστηριότητες, αλλά δεν αναπαράγουν τη θέρμανση εάν ληφθούν υπόψη μόνο οι φυσικοί παράγοντες. Με άλλα λόγια, πειράματα μοντέλων καταδεικνύουν ότι χωρίς την ανθρώπινη «συνεισφορά» το κλίμα δεν θα είχε αλλάξει στο βαθμό που είναι σήμερα.

Ας διευκρινίσουμε ότι τα σύγχρονα κλιματικά μοντέλα περιλαμβάνουν και τον υπολογισμό της συγκέντρωσης CO 2. Τέτοια μοντέλα δείχνουν ότι οι φυσικές διακυμάνσεις στις συγκεντρώσεις CO 2 στο κλιματικό σύστημα σε χρονικές κλίμακες αιώνων ή λιγότερο δεν ξεπερνούν το λίγο τοις εκατό. Αυτό δείχνουν και οι υπάρχουσες ανακατασκευές. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων χιλιάδων ετών της προβιομηχανικής εποχής, οι ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις CO 2 ήταν σταθερές, κυμαινόμενες από 270 έως 285 ppm (μέρη ανά εκατομμύριο). Τώρα είναι περίπου 385 ppm. Υπολογισμοί με μοντέλα, καθώς και εκτιμήσεις από δεδομένα μετρήσεων, δείχνουν ότι, αντίθετα, το κλιματικό σύστημα τείνει να αντισταθμίζει τις εκπομπές CO 2 και μόνο περίπου το ήμισυ ή ελαφρώς περισσότερες από όλες τις εκπομπές αυξάνουν τη συγκέντρωση του CO 2 στο ατμόσφαιρα. Το υπόλοιπο μισό διαλύεται στον ωκεανό και χρησιμοποιείται για την αύξηση της ανθρακικής μάζας των φυτών και των εδαφών.

— Πώς πιστεύετε ότι θα εξελιχθούν οι κλιματικές προβλέψεις;

— Το κλιματικό σύστημα είναι πολύ περίπλοκο και η ανθρωπότητα χρειάζεται μια αξιόπιστη πρόβλεψη. Όλα τα μοντέλα που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα έχουν τα μειονεκτήματά τους. Η διεθνής επιστημονική κοινότητα επέλεξε τα πιο επιτυχημένα μοντέλα από περίπου δύο δωδεκάδες υπάρχοντα και συγκρίνοντάς τα προκύπτει μια γενικευμένη πρόβλεψη. Πιστεύεται ότι τα σφάλματα διαφόρων μοντέλων αντισταθμίζονται σε αυτήν την περίπτωση.

Το μόντελινγκ είναι ένα δύσκολο έργο και πολλή δουλειά. Οι υπολογισμοί περιλαμβάνουν πολλές παραμέτρους που λαμβάνουν υπόψη τις διαδικασίες μεταφοράς και την αλληλεπίδραση μεταξύ της ατμόσφαιρας και του ωκεανού. Τώρα το ινστιτούτο μας φτιάχνει μια νέα έκδοση του μοντέλου. Για παράδειγμα, υπάρχει ένα πρόβλημα κοντά στον πόλο, όπου, λόγω της σύγκλισης των μεσημβρινών, τα βήματα κατά μήκος του γεωγραφικού μήκους μειώνονται, γεγονός που οδηγεί σε αδικαιολόγητο «θόρυβο» στη λύση του μοντέλου. Το νέο μοντέλο θα χρησιμοποιεί υψηλότερη χωρική ανάλυση σε ατμοσφαιρικά και ωκεάνια μοντέλα και πιο προηγμένη παραμετροποίηση των φυσικών διεργασιών. Λόγω αυτού, η ακρίβεια της μοντελοποίησης θα αυξηθεί και θα γίνει νέα πρόβλεψη χρησιμοποιώντας αυτό το νέο μοντέλο επιπέδου.

Για κάποιο λόγο, στη χώρα μας δίνεται πολύ λιγότερη προσοχή στα προβλήματα μοντελοποίησης από ό,τι στη Δύση, όπου σημαντικοί οικονομικοί και επιστημονικοί πόροι διατίθενται ειδικά για τη δημιουργία αριθμητικών μοντέλων ατμοσφαιρικής και ωκεάνιας κυκλοφορίας. Αυτές οι εργασίες απαιτούν υπολογιστικά συστήματα πολλαπλών επεξεργαστών υψηλής απόδοσης (ο υπερυπολογιστής IVM που χρησιμοποιείται για την πρόβλεψη του κλίματος περιλαμβάνεται στην κατάταξη TOP-50 των χωρών της ΚΑΚ). Το έργο μας υποστηρίχθηκε μόνο από ορισμένα προγράμματα της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών και έργα του Ρωσικού Ιδρύματος Βασικής Έρευνας.

Ένα νέο στάδιο πειραμάτων με συζευγμένα μοντέλα στο πλαίσιο του προγράμματος IPCC θα ξεκινήσει στο εγγύς μέλλον. Αυτή η φάση θα περιλαμβάνει ενημερωμένα μοντέλα γήινου κλίματος με υψηλότερη χωρική ανάλυση και συμπερίληψη ευρύτερου φάσματος προσομοιωμένων φυσικών διεργασιών. Τα κλιματικά μοντέλα εξελίσσονται σταδιακά σε μοντέλα συστημάτων ολόκληρης της Γης που όχι μόνο υπολογίζουν την ατμοσφαιρική και τη δυναμική των ωκεανών, αλλά περιλαμβάνουν επίσης λεπτομερή υπομοντέλα ατμοσφαιρικής χημείας, βλάστησης, εδάφους, θαλάσσιας χημείας και βιολογίας και άλλες διεργασίες και φαινόμενα που επηρεάζουν το κλίμα.

Εισαγωγή

Το κεντρικό πρόβλημα της σύγχρονης θεωρίας του κλίματος είναι το πρόβλημα της πρόβλεψης των κλιματικών αλλαγών που προκαλούνται από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του κλιματικού συστήματος, τα οποία θα συζητηθούν παρακάτω, αυτό το πρόβλημα δεν μπορεί να λυθεί με παραδοσιακές μεθόδους, επανειλημμένα δοκιμασμένες στις φυσικές επιστήμες. Μπορεί να ειπωθεί ότι η κύρια μεθοδολογική βάση για την επίλυση αυτού του προβλήματος είναι επί του παρόντος η αριθμητική μοντελοποίηση του κλιματικού συστήματος χρησιμοποιώντας παγκόσμια κλιματικά μοντέλα, τα οποία βασίζονται σε παγκόσμια μοντέλα της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας και των ωκεανών. Φυσικά, η διαμόρφωση κλιματικών μοντέλων απαιτεί τη διεξαγωγή πειραμάτων πλήρους κλίμακας, η ανάλυση των αποτελεσμάτων των οποίων μας επιτρέπει να διατυπώνουμε ολοένα και πιο ακριβή μοντέλα συγκεκριμένων φυσικών διεργασιών που καθορίζουν τη δυναμική του κλιματικού συστήματος. Ωστόσο, τέτοια πειράματα δεν λύνουν το κύριο πρόβλημα - τον προσδιορισμό της ευαισθησίας του πραγματικού κλιματικού συστήματος σε μικρές εξωτερικές επιρροές.

Κλιματικό σύστημα και κλίμα

Το κλίμα αναφέρεται στα πιο συχνά επαναλαμβανόμενα καιρικά μοτίβα για μια δεδομένη περιοχή, δημιουργώντας ένα τυπικό καθεστώς θερμοκρασίας, υγρασίας και ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας. Ταυτόχρονα, το «τυπικό» αναφέρεται σε εκείνα τα χαρακτηριστικά που παραμένουν πρακτικά αμετάβλητα σε μια γενιά, δηλ. περίπου 30-40 ετών. Αυτά τα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν όχι μόνο μέσες τιμές, αλλά και δείκτες μεταβλητότητας, όπως, για παράδειγμα, το πλάτος των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας. Όταν ασχολούμαστε με τέτοιες μακροπρόθεσμες διαδικασίες, είναι αδύνατο να εξετάσουμε το κλίμα οποιασδήποτε περιοχής μεμονωμένα. Λόγω της ανταλλαγής θερμότητας και της κυκλοφορίας του αέρα, ολόκληρος ο πλανήτης συμμετέχει στο σχηματισμό του. Ως εκ τούτου, είναι φυσικό να χρησιμοποιείται η έννοια του κλίματος του πλανήτη Γη Τα κλιματικά χαρακτηριστικά των επιμέρους περιοχών είναι μια διάθλαση των γενικών προτύπων σε μια συγκεκριμένη κατάσταση. Επομένως, δεν είναι τόσο το παγκόσμιο κλίμα που αποτελείται από τοπικά κλίματα, αλλά μάλλον ότι τα τοπικά κλίματα καθορίζονται από το παγκόσμιο κλίμα. Και ο καιρός, όχι η κλιματική αλλαγή, καθορίζεται από φαινόμενα που συμβαίνουν μόνο στην ατμόσφαιρα, αλλά και σε άλλες γεωσφαίρες. Η ατμόσφαιρα δεν επηρεάζεται μόνο αλλά επηρεάζεται και από τον ωκεανό, τη βλάστηση, την κάλυψη του χιονιού και του πάγου, το έδαφος και περαιτέρω ανθρώπινες δραστηριότητες. Έτσι, το κλιματικό σύστημα περιλαμβάνει την ατμόσφαιρα, καθώς και τις διαδικασίες και ιδιότητες άλλων στοιχείων του γεωγραφικού περιβλήματος που επηρεάζουν την ατμόσφαιρα και εξαρτώνται από αυτήν. Τα εξωτερικά φαινόμενα, σε αντίθεση με τα εσωτερικά, επηρεάζουν την ατμόσφαιρα, αλλά δεν εξαρτώνται από αυτήν. Αυτή είναι, για παράδειγμα, η ακτινοβολία που προέρχεται από το διάστημα.

Χαρακτηριστικά του κλιματικού συστήματος ως φυσικό αντικείμενο

Το κλιματικό σύστημα ως φυσικό αντικείμενο έχει μια σειρά από συγκεκριμένα χαρακτηριστικά.

1. Τα κύρια συστατικά του συστήματος - η ατμόσφαιρα και ο ωκεανός - από γεωμετρική θέση μπορούν να θεωρηθούν ως λεπτές μεμβράνες, αφού ο λόγος της κάθετης προς την οριζόντια κλίμακα είναι της τάξης του 0,01 - 0,001. Έτσι, το σύστημα είναι σχεδόν δισδιάστατο, ωστόσο, η κατακόρυφη διαστρωμάτωση πυκνότητας είναι πολύ σημαντική και οι κατακόρυφες κινήσεις μεγάλης κλίμακας είναι υπεύθυνες για τους μετασχηματισμούς της βαροκλινικής ενέργειας. Οι χαρακτηριστικές χρονικές κλίμακες των ενεργειακά σημαντικών φυσικών διεργασιών κυμαίνονται από 1 ώρα έως δεκάδες και εκατοντάδες χρόνια. Όλα αυτά οδηγούν στο γεγονός ότι η εργαστηριακή μοντελοποίηση ενός τέτοιου συστήματος είναι, για να το θέσω ήπια, εξαιρετικά δύσκολη.

2. Είναι αδύνατο να διεξαχθεί ένα στοχευμένο φυσικό πείραμα με το κλιματικό σύστημα. Πράγματι, δεν μπορούμε να αντλήσουμε το κλιματικό σύστημα, για παράδειγμα, με διοξείδιο του άνθρακα και, διατηρώντας ίσες τις άλλες συνθήκες, να μετρήσουμε το αποτέλεσμα που προκύπτει.

3. Έχουμε στη διάθεσή μας μόνο σύντομες σειρές δεδομένων παρατήρησης, και μάλιστα μόνο για μεμονωμένα στοιχεία του κλιματικού συστήματος. Φυσικά, υπάρχουν πολλά άλλα σημαντικά χαρακτηριστικά του κλιματικού συστήματος που πρέπει να ληφθούν υπόψη, ωστόσο, ακόμη και αυτά που αναφέρονται παραπάνω μας επιτρέπουν να συμπεράνουμε ότι το κύριο μέσο μελέτης του κλιματικού συστήματος είναι η μαθηματική μοντελοποίηση. Η εμπειρία των τελευταίων ετών δείχνει ότι τα κύρια αποτελέσματα της θεωρίας του κλίματος προέκυψαν με βάση την κατασκευή και τη χρήση παγκόσμιων κλιματικών μοντέλων.

Μαθηματικά μοντέλα του κλιματικού συστήματος

Σε αυτή την ενότητα θα συζητήσουμε εν συντομία ποιες βασικές αρχές βασίζεται η κατασκευή σύγχρονων κλιματικών μοντέλων. Τα σύγχρονα κλιματικά μοντέλα είναι μοντέλα που βασίζονται σε ένα σύγχρονο μοντέλο της γενικής κυκλοφορίας της ατμόσφαιρας και του ωκεανού και η κεντρική κατεύθυνση της ανάπτυξής τους είναι μια ολοένα και πιο ακριβής περιγραφή όλων των φυσικών διεργασιών που εμπλέκονται στο σχηματισμό του κλίματος. Η κατασκευή σύγχρονων κλιματικών μοντέλων βασίζεται σε μια σειρά από αρχές. Υποτίθεται ότι οι εξισώσεις της κλασικής θερμοδυναμικής ισορροπίας είναι τοπικά έγκυρες. Θεωρείται περαιτέρω ότι οι εξισώσεις Navier-Stokes για ένα συμπιέσιμο ρευστό ισχύουν για να περιγράψουν τη δυναμική της ατμόσφαιρας και του ωκεανού. Δεδομένου ότι στα σύγχρονα μοντέλα, λόγω κυρίως υπολογιστικών δυνατοτήτων, χρησιμοποιούνται οι εξισώσεις Reynolds - οι εξισώσεις Navier-Stokes με μέσο όρο σε ορισμένες χωρικές και χρονικές κλίμακες, πιστεύεται ότι υπάρχει θεμελιώδης πιθανότητα να κλείσουν. Η διαδικασία κλεισίματος προϋποθέτει ότι τα αποτελέσματα των διαδικασιών κλίμακας υποδικτύου (κλίμακες μικρότερες από τη μέση κλίμακα) μπορούν να εκφραστούν μέσω των χαρακτηριστικών διεργασιών μεγάλης κλίμακας. Αυτές οι διαδικασίες περιλαμβάνουν:

1) μεταφορά ακτινοβολίας (ακτινοβολία βραχέων και μακρών κυμάτων).

2) μεταβάσεις φάσης της υγρασίας και η διαδικασία τοπικής καθίζησης.

3) συναγωγή?

4) οριακά και εσωτερικά τυρβώδη στρώματα (ορισμένα χαρακτηριστικά αυτών των στρωμάτων περιγράφονται ρητά).

5) μικρής κλίμακας ορογραφία.

6) έλξη κυμάτων (αλληλεπίδραση κυμάτων βαρύτητας μικρής κλίμακας με την κύρια ροή).

7) μικρής κλίμακας διάχυση και διάχυση.

8) διεργασίες μικρής κλίμακας στο ενεργό στρώμα γης.

Τέλος, για να περιγράψουμε μεγάλης κλίμακας ατμοσφαιρικές και ωκεάνιες κινήσεις, ισχύει η υδροστατική προσέγγιση: η κατακόρυφη κλίση πίεσης εξισορροπείται από τη βαρύτητα. Η χρήση μιας τέτοιας προσέγγισης απαιτεί πρόσθετες απλοποιήσεις (σταθερή ακτίνα της Γης, παραμέληση των συνιστωσών της δύναμης Coriolis με την κατακόρυφη συνιστώσα της ταχύτητας) έτσι ώστε ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας να ικανοποιείται στο σύστημα εξισώσεων απουσία εξωτερικές πηγές ενέργειας και διάχυσης. Εξισώσεις υδροθερμοδυναμικής ατμόσφαιρας και ωκεανού, κλείσιμο διεργασιών κλίμακας υποδικτύου και οριακές συνθήκες.

I. Καθολικό θεώρημα επιλυτότητας σε οποιοδήποτε, όσο μεγάλο, χρονικό διάστημα t.

Δυστυχώς, σε ένα σφαιρικό σύστημα συντεταγμένων με «σωστές» συνοριακές συνθήκες δεν υπάρχει επί του παρόντος τέτοιο θεώρημα, το οποίο δεν είναι συνέπεια της απουσίας τέτοιων θεωρημάτων για τις τρισδιάστατες εξισώσεις Navier-Stokes. Οι εξισώσεις των σύγχρονων κλιματικών μοντέλων έχουν διάσταση «2,5», αφού χρησιμοποιείται η υδροστατική εξίσωση αντί για την πλήρη τρίτη εξίσωση κίνησης.

II. Ύπαρξη παγκόσμιου ελκυστήρα.

Αυτή η δήλωση αποδεικνύεται υπό την προϋπόθεση ότι το S είναι ένας αυστηρά θετικός καθορισμένος τελεστής:

(Sϕ ϕ) ≥ μ(ϕ,ϕ), μ >0

Το πρόβλημα είναι ότι στη γενική περίπτωση αυτό δεν μπορεί να γραφτεί, αφού η εξίσωση συνέχειας για ένα συμπιεστό ρευστό δεν είναι διασκορπιστική.

III. Διάσταση ελκυστήρα.

Οι εποικοδομητικές εκτιμήσεις της διάστασης των ελκυστήρων για μοντέλα αυτής της κατηγορίας είναι πολύ πρόχειρες. Αντιπροσωπεύουν τα ανώτερα όρια, τα οποία, γενικά, είναι ακατάλληλα για τη θεωρία που συζητήθηκε στην προηγούμενη ενότητα.

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΤΗΣ ΟΥΚΡΑΝΙΑΣ

ΚΡΑΤΙΚΟ ΟΙΚΟΛΟΓΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΟΔΕΣΣΑΣ

Στο φοιτητικό επιστημονικό συνέδριο OGECU

«Ανάλυση κλιματικών μοντέλων με χρήση φυσικών μεθόδων»

Φτιαγμένη κ.σ. VB-11

Smokova V.D.

Επιστημονικός υπεύθυνος: Διδάκτωρ Τεχνικών Επιστημών

Romanova R.I.

Οδησσός-2015

Παραπομπές:

http://umeda.ru/concept_climate

http://www.inm.ras.ru/vtm/lection/direct2/direct2.pdf

Volodin E.M., Diansky N.A. Απόκριση ενός συνδυασμένου μοντέλου γενικής κυκλοφορίας ατμοσφαιρικής-ωκεάνιας στην αύξηση των επιπέδων διοξειδίου του άνθρακα.

Volodin E.M., Diansky N.A. Προσομοίωση της κλιματικής αλλαγής στον 20ο – 22ο αιώνα χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο σύζευξης γενικής κυκλοφορίας ατμόσφαιρας-ωκεανού.

Gritsun A.S., Dymnikov V.P. Ανταπόκριση της βαροτροπικής ατμόσφαιρας σε μικρές εξωτερικές επιδράσεις. Θεωρία και αριθμητικά πειράματα.

Dymnikov V.P., Lykosov V.N., Volodin E.M., Galin V.Ya., Glazunov A.V., Gritsun A.S., Diansky N.A., Tolstykh M.A., Chavro A. .AND. Μοντελοποίηση του κλίματος και οι αλλαγές του. – Στο: «Σύγχρονα προβλήματα των υπολογιστικών μαθηματικών και της μαθηματικής μοντελοποίησης»,