Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 593189)
Консорциум Контекстум Информационная технология сбора цифрового контента
Уважаемые СТУДЕНТЫ и СОТРУДНИКИ ВУЗов, использующие нашу ЭБС. Рекомендуем использовать новую версию сайта.
Оптика атмосферы и океана

Оптика атмосферы и океана №9 2006

0   0
Страниц72
ID202522
АннотацияЖурнал посвящен проблемам атмосферной оптики, включая спектроскопию, турбулентность, нелинейные явления в атмосфере и океане. Кроме того, к основным направлениям журнала относятся дистанционное зондирование атмосферы и подстилающей поверхности с космических, наземных, судовых и самолетных станций; исследования, связанные с климатом и экологией, а также созданием, испытанием и применением приборов и методов для таких исследований, включая обработку получаемой информации (обратные задачи, передача изображений, адаптивная оптика, лазеры, лидары.
Оптика атмосферы и океана : Научный журнал .— Новосибирск : Издательство Сибирского отделения Российской академии наук .— 2006 .— №9 .— 72 с. — URL: https://rucont.ru/efd/202522 (дата обращения: 14.08.2022)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Лыкосов2 Мониторинг и моделирование природно-климатических изменений в Сибири 1 Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, г. Томск 2 Институт вычислительной математики РАН, г. Москва Поступила в редакцию 25.04.2006 г. Дается обзор выявленных за последние годы эмпирических закономерностей по результатам статистической обработки накопленных инструментальных данных. <...> Среди этих закономерностей: тренды и траектории наблюдаемого потепления в Сибири, межсезонные колебания приземной температуры, временные периодичности потепления в разных городах Сибири. <...> К обнадеживающим результатам математического моделирования относятся: воспроизведение региональной приземной температуры с помощью совместной модели общей циркуляции атмосферы и океана, оценка региональных последствий глобального потепления, учет региональных гидрологических процессов. <...> Наиболее краткая и емкая формулировка, учитывающая новые методологические принципы исследований: «интегрированные региональные исследования», которые в рамках Международной геосферно-биосферной программы были объявлены в 2002 г. стратегическим направлением для дальнейших мультидисциплинарных исследований [5]. <...> По существу формулировка этой задачи уже учитывает основные методологические принципы «интегрированных региональных исследований», а первые же результаты исследований показали необходимость их сопоставления с имеющимися математическими моделями климата, которые с достаточной точностью учитывают и описывают глобальные климатообразующие процессы. <...> В свою очередь современные математические модели климата (см., например, [7]), в отличие от Мониторинг и моделирование природно-климатических изменений в Сибири 753 ряда предшествовавших (в частности, [8]), рассматривают согласно определению Всемирной метеорологической организации климатическую систему планеты Земля как глобальную систему, образованную такими взаимодействующими <...>
Оптика_атмосферы_и_океана_№9_2006.pdf
«Îïòèêà атмосферы и îêåàíà», 19, ¹ 9 (2006) УДК 551.58 + 551.51 Ì.Â. Êàáàíîâ1, Â.Í. Ëûêîñîâ2 Мониторинг и моделирование природно-климатических изменений в Сибири 1 Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, г. Томск 2 Институт вычислительной математики РАН, г. Москва Поступила в редакцию 25.04.2006 ã. Дается обзор выявленных за последние годы эмпирических закономерностей по результатам статистической обработки накопленных инструментальных данных. Среди этих закономерностей: тренды и траектории наблюдаемого потепления в Сибири, межсезонные колебания приземной температуры, временные периодичности потепления в разных городах Сибири. С другой стороны, обсуждаются возможности использования современных математических моделей климата для описания региональных природноклиматических изменений. К обнадеживающим результатам математического моделирования относятся: воспроизведение региональной приземной температуры с помощью совместной модели общей циркуляции атмосферы и океана, оценка региональных последствий глобального потепления, учет региональных гидрологических процессов. Отмечается перспективность объединения двух методологических подходов (эмпирического и математического моделирования), а также необходимость преодоления ряда нерешенных проблем при таком объединении. Введение На Международной конференции в 1972 г. академик М.И. Будыко впервые высказал основанное на его расчетах и смутившее специалистов мнение, что вместо ожидаемого тренда похолодания в ближайшие годы должна проявиться тенденция к глобальному потеплению [1]. А в 1992 ã. на Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро наблюдаемые природно-климатические изменения под воздействием природных и антропогенных факторов уже были признаны угрожающими для развития цивилизации [2]. Решения этой Конференции ООН, подписанные тогда многими присутствующими главами государств и правительств, в значительной мере стимулировали научные исследования по окружающей среде и климату на планете в рамках разработанных международных, национальных и региональных программ. Результаты дальнейших научных исследований по глобальным и региональным природно-климатическим изменениям привели к выводам о том, что необходим более детальный учет региональных особенностей [3], а взаимосвязанные изменения различных компонентов системы Земля не поддаются объяснению в рамках простой парадигмы «причина–следствие» (Амстердамская декларация – 2001 [4]). Наиболее краткая и емкая формулировка, учитывающая новые методологические принципы исследований: «интегрированные региональные исследования», которые в рамках Международной геосферно-биосферной программы были объявлены в 2002 г. стратегическим направлением для дальнейших мультидисциплинарных исследований [5]. Новые методологические принципы легли на подготовленную почву для дальнейших исследований в Сибирском ðåãèîíå. Дело в òîì, что еще в 1993 ã. по инициативе академика В.А. Коптюга (тогда Председателя Сибирского отделения РАН), принимавшего участие в подготовительном процессе и работе Конференции ООН в Рио-де-Жанейро, были организованы мультидисциплинарные исследования в рамках регионального проекта «Климатоэкологический мониторинг Сибири» (координатор чл.-кор. РАН М.В. Кабанов). Сформулированная тогда концепция комплексного регионального мониторинга, сгруппированная инструментальная база для натурных наблюдений и некоторые результаты исследований были описаны в серии монографий под общим названием «Региональный мониторинг атмосферы» [6]. Дальнейшая разработка научных и технологических основ мониторинга, моделирования и прогнозирования региональных климатических и экосистемных изменений под воздействием природных и антропогенных факторов стала целевой задачей Института мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН. По существу формулировка этой задачи уже учитывает основные методологические принципы «интегрированных региональных исследований», а первые же результаты исследований показали необходимость их сопоставления с имеющимися математическими моделями климата, которые с достаточной точностью учитывают и описывают глобальные климатообразующие процессы. В свою очередь современные математические модели климата (ñì., íàïðèìåð, [7]), в отличие от Мониторинг и моделирование природно-климатических изменений в Сибири 753
Стр.1
ряда предшествовавших (в частности, [8]), рассматривают согласно определению Всемирной метеорологической организации климатическую систему планеты Земля как глобальную систему, образованную такими взаимодействующими между собой компонентами, как атмосфера, океан, суша, криосфера и биота [9]. Математически климат при этом определяется как статистический ансамбль состояний, принимаемых климатической системой за достаточно большой интервал времени (∼ 30 лет) и характеризующихся большим, но конечным множеством параметров. На первый взгляд представляется, что сопоставление таких глобальных математических моделей климата с результатами инструментального мониторинга на ограниченных отрезках времени является проблематичным. Однако за последние годы и здесь появились обнадеживающие перспективы. В Институте вычислительной математики РАН создана математическая модель климата [7], основанная на глобальных моделях общей циркуляции атмосферы и океана и на точном описании всех физических процессов, участвующих в формировании климата. Апробация разработанной модели с целью воспроизведения современного климата подтвердила ее конкурентоспособность с другими моделями (около 30), разработанными в разных странах мира и участвующими в международных программах сравнения климатических моделей. По мере совершенствования вычислительных средств и самих моделей климата существенно расширяются их возможности для исследования актуальных региональных проблем климатической изменчивости, в том числе с использованием эмпирических данных, накопленных в отдельных регионах, включая Сибирь. Таким образом, экспериментальные исследования реальной климатической системы (мониторинг) и теоретические исследования глобальной климатической системы (математическое моделирование) вышли на новый переломный этап совместных исследований. Для развития таких исследований необходимы построение обоснованной иерархии взаимодействующих между собой подсистем в составе глобальной климатической системы и уточнение описания происходящих в них физических процессов. Среди подобных подсистем с разными масштабами пространственно-временных вариаций особое место занимают техногенные системы, роль которых на количественном уровне пока достоверно не выявлена. Задача данной публикации состоит в том, чтобы на примере некоторых конкретных результатов проиллюстрировать стартовые позиции двух научных подходов к решению общей проблемы, связанной с наблюдаемыми глобальными и региональными климатическими изменениями под воздействием природных и антропогенных факторов. Эмпирические закономерности потепления Природные и климатические изменения в Сибири представляют особый интерес в свете гло754 бальных изменений системы планеты Земля. Этот особый интерес связан с рядом фактических обстоятельств. тория Сибири (около 10 млн км2) является неоспоримо весомым природно-территориальным регионом Евразийского континента и отличается разнообразным сочетанием климатообразующих факторов. Во-вторых, на значительной части территории Во-первых, обширная континентальная терриСибири расположены лесные и водно-болотные угодья, которые играют планетарно значимую климаторегулирующую роль за счет процессов эмиссии и аккумуляции основных парниковых газов (СО2, ÑÍ4 и äð.). В-третьих, разнообразие климатических зон Сибири и наличие мезомасштабных районов с предельно высокой или совсем отсутствующей техногенной нагрузкой создают беспрецедентные на планете условия для научных исследований современных природных и климатических изменений, а также для выявления весовой роли природных и антропогенных факторов в наблюдаемых изменениях. Отмеченные и некоторые другие региональные особенности Сибири являются безусловно важным основанием для интегрированных региональных исследований в этом регионе планеты. Но еще более важным основанием для таких исследований являются факты, свидетельствующие о повышенных темпах наблюдаемого потепления в этом регионе и последствиях этого потепления для природной среды. Ниже обсуждаются результаты анализа масштабов и выявленных закономерностей этих изменений в Сибири. При этом в предлагаемом обзоре результатов, полученных за последние годы, предпринята попытка обсудить не только выявленные эмпирические закономерности, но и те методологические проблемы исследований, которые следуют из уже полученных результатов. Линейные тренды и траектории потепления Обсуждение результатов анализа по темпам потепления в Сибири начнем с итогов расчета линейных трендов для среднегодовых температур за период с 1965 по 2000 ã. Среднегодовые температуры рассчитывались по данным сайта NCDC (Эшвиль, ÑØÀ, http://www.ncdc.noaa.gov) для приземной температуры (ряды среднемесячных температур на высоте 2 м по 223 метеостанциям Ñèáèðè). Подробное изложение методики и некоторых результатов вычислений изложено в [10]. На рис. 1 из [10] приведена карта пространственного распределения величины линейного тренда для среднегодовой приземной температуры на территории Сибири. Изолинии на этой карте потепления выделяют районы с разной величиной тренда (разная степень зачернения) через 0,1 °С потепления за десять лет. Изолинии нанесены с погрешностью интерполяционных процедур. Как видно из рис. 1, на всей территории Сибири темпы потепления во второй половине XX в. были достаточно высокими (áîëåå 0,2 ãðàä/10 ëåò), Кабанов Ì.Â., Лыкосов Â.Í.
Стр.2
Рис. 1. Карта линейных трендов среднегодовой приземной температуры за период 1965–2000 гг. Штриховые кривые – изолинии среднемесячной температуры в январе за период 1881–1935 (âåðõíÿÿ для – 28 °Ñ, нижняя для – 20 °Ñ) а в отдельных районах достигли величины линейного тренда 0,5 град/10 лет. Эти мезомасштабные по размерам районы, которые можно назвать очагами ускоренного потепления, сосредоточены прежде всего в Восточной Сибири. Если сравнить карту потепления на рис. 1 с климатическими картами предыдущих десятилетий [11], то прослеживается тенденция к восстановлению отсутствующей в те десятилетия широтной зональности климата на территории Сибири. Об этом свидетельствуют приведенные на рис. 1 изолинии (штриховые линии) среднемесячных температур для января за период 1881–1935 ãã., которые разделяют районы Сибири на более холодные (к северу от изолиний) и более теплые (к югу от изолиний) и которые существенно отклоняются от широтной зональности в этот период. Приведенная выше карта потепления в Сибири дает приближенное представление о межгодовых изменениях приземной температуры, так как при расчетах линейных трендов не учитываются различные темпы потепления в разные годы. Наиболее наглядный и не искаженный сглаживающим осреднением способ выявления различных темпов потепления в отдельные годы состоит в простом суммировании среднемесячных температур. Тогда получаются температурные траектории, которые представлены на ðèñ. 2 из [12] для двух городов Ñèáèðè. По оси ординат здесь отложены суммы среднемесячных температур ∑TM, где TM в градусах Öåëüñèÿ, а по оси абсцисс – годы (è ìåñÿöû). В такой системе координат наклон траектории показывает темпы потепления, а колебательная структура внутри каждого года характеризует масштабы межсезонных колебаний приземной температуры. Из рассмотрения представленных на рис. 2 и многих других (для различных метеостанций Сибири) температурных траекторий следуют два принципиальных факта. Один из них состоит в том, что для всех рассмотренных метеостанций температурные траектории близки к параболическому виду, соответствующему линейному тренду межгодовых изменений, но не являются гладкими (монотонными). Немонотонный характер траекторий на рис. 2 указывает на временную неоднородность темпов потепления в прошедшее столетие. Рис. 2. Эволюционные траектории приземной температуры Другой факт следует из сравнения траекторий для двух городов, представленных на рис. 2. Эти траектории совпадают до 70-õ ãã. XX â., когда они почти скачкообразно разошлись, а затем снова стали параллельными. Учитывая, что именно в 1970 г. завершилось заполнение большого Красноярского водохранилища (ïëîùàäü 2000 êì2, объем 73 êì3 [13]), можно сделать вывод о достаточной чувствительности температурных траекторий к столь крупным географическим событиям антропогенного происхождения. Вместе с тем из подобия приведенных двух траекторий до и после отмеченного Мониторинг и моделирование природно-климатических изменений в Сибири 755
Стр.3

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически