551.5:517 Моделирование стабилизации глобального климата управляемыми выбросами стратосферного аэрозоля

Пархоменко В. П. (Вычислительного центра РАН/МГТУ им.Н.Э.Баумана)

МОДЕЛИРОВАНИЕ КЛИМАТА, ГЕОИНЖЕНЕРИЯ, СТАБИЛИЗАЦИЯ КЛИМАТА


doi: 10.18698/2309-3684-2014-2-115126


В течение последних десятилетий наблюдаются изменения климата, выражающиеся в его глобальном потеплении. Эти изменения в основном связывают с антропогенным увеличением количества парниковых газов в атмосфере (главный из них — СО2). В статье рассматривается проблема и возможность стабилизации климата на современном уровне. Исследование ведется на основе сезонной глобальной совместной трехмерной гидродинамической модели климата, включающей модель Мирового океана с реальными глубинами и конфигурацией материков,
модель эволюции морского льда и энерго-влагобалансовую модель атмосферы. На первом этапе проведены расчеты прогнозирования климата до 2100 г. с использованием сценария роста СО2 А2, предложенного IPCC. Они дают увеличение среднегодовой поверхностной температуры атмосферы на 3,5 С. Проведены серии расчетов для оценки возможности стабилизации климата на уровне 2010 г. путем управления выбросами в стратосферу сульфатного аэрозоля, отражающего и рассеивающего часть приходящего солнечного излучения. Вычислены концентрации (альбедо) аэрозоля с 2010 до 2100 г., позволяющие стабилизировать среднегодовую температуру поверхностного слоя атмосферы. Показано, что таким путем невозможно добиться приближения климата к существующему, хотя можно значительно ослабить парниковый эффект. При условии однородного по пространству распределения аэрозоля в стратосфере можно стабилизировать среднюю глобальную температуру атмосферы, но при этом в низких и средних иротах климат будет холоднее на 0,1…0,2 С, а в высоких широтах — теплее на 0,2…1,2 С. Кроме того, эти различия имеют сильно выраженный сезонный ход — в зимний период они увеличиваются. Прекращение выбросов аэрозоля в 2080 г. приведет к быстрому увеличению средней глобальной температуры атмосферы, приближающейся в 2100 г. к значению температуры без аэрозоля.


[1] Киотский протокол к рамочной конвенции ООН об изменении климата. Организация Объединенных Наций, 1998, 26 с.
[2] The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) site: http://www.ipcc.ch/
[3] Будыко М.И. Метод воздействия на климат. Метеорология и гидрология, 1974, № 2, с. 91–97.
[4] Израэль Ю.А. Эффективный путь сохранения климата на современном уровне — основная цель решения климатической проблемы. Метеорология и гидрология, 2005, № 10, с. 5–9.
[5] Robock A. 20 reasons why geoengineering may be a bad idea. Bull, of the Atomic Scientists, 2008, 64, № 2, pp. 14–18.
[6] Weaver A.J., Eby M., Wiebe E.C., Bitz C.M., Duffy P.B., Ewen T.L., Fanning A.F., Holland M.M., MacFadyen A., Matthews H.D., Meissner K.J., Saenko O., Schmittner A., Wang H., Yoshimori M. The UVic Earth System Climate Model: Model description, climatology, and applications to past, present and future climates. Atmos-Ocean, 2001, vol. 39. рp. 361−428.
[7] Чернокульский А.В., Елисеев А.В., Мохов И.И. Аналитические оценки эффективности предотвращения потепления климата контролируемыми аэрозольными эмиссиями в стратосферу. Метеорология и гидрология, 2010, № 5, с.16−25.
[8] Елисеев А.В., Мохов И.И. Модельные оценки эффективности ослабления и предотвращения глобального потепления климата в зависимости от сценариев контролируемых аэрозольных эмиссий в стратосферу. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 2009, т.45, № 2, с. 232–244.
[9] Елисеев А.В., Мохов И.И., Карпенко А.А. Предотвращение глобального потепления с помощью контролируемых эмиссий аэрозолей в стратосферу: глобальные и региональные особенности отклика температуры по расчетам с КМ ИФА РАН. Оптика атмосферы и океана, 2009, т. 22,
№ 6, с. 521−526.
[10] Монин А.С. Введение в теорию климата. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1982, 296 с.
[11] Marsh R., Edwards N.R., Shepherd J.G. Development of a fast climate model (C-GOLDSTEIN) for Earth System Science. SOC, 2002, no. 83, р. 54.
[12] Пархоменко В.П. Модель климата с учетом глубинной циркуляции Мирового океана. Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Сер. «Естественные науки». Спец. вып. «Математическое моделирование», 2011, с.186−200.
[13] Басараб М.А. Численно-аналитический метод решения двумерных задач естественной конвекции в замкнутых полостях. Математическое моделирование и численные методы, 2014, № 1, с.18–35.
[14] Пархоменко В.П. Численные эксперименты на глобальной гидродинамической модели по оценке чувствительности и устойчивости климата. Инженерный журнал: наука и инновации, 2012, № 2. URL: http://engjournal.ru/catalog/mathmodel/climate/45.html
[15] Пархоменко В.П. Квазислучайный подход для определения оптимальных наборов значений параметров климатической модели. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, № 9. URL: http://engjournal.ru/catalog/mathmodel/climate/962.html
[16] Arakawa A., Lamb V. Computational design of the basic dynamical processes of the ucla general circulation model. In Methods in Computational Physics. Academic Press, 1977, vol. 17, рp. 174−207.
[17] Shepherd J. G. Overcoming the CFL time-step limitation: a stable iterative implicit numerical scheme for slowly evolving advection-diffusion systems. Ocean Modelling, 2002, vol. 4, рp. 17−28.
[18] Кондратьев К.Я., Москаленко Н.И., Поздняков Д.В. Атмосферный аэрозоль. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1983, 125 с.
[19] Кондратьев К.Я. Аэрозоль и климат: некоторые результаты и перспективы дистанционного зондирования. Экологическая химия, 1998, № 7(3), с. 145−163.
[20] Robock A. The mount St. Helens volcanic eruption of 18 may 1980: minimal climatic effect. Science, 1981, vоl. 212, no. 4501, p. 1383−1384.


Пархоменко В. П. Моделирование стабилизации глобального климата управляемыми выбросами стратосферного аэрозоля. Математическое моделирование и численные методы, 2014, №2 (2), c. 115-126



Скачать статью

Колличество скачиваний: 138