Геофизические данные в исследованиях изменений

Всероссийский НИИ гидрометеорологической информации –
Мировой центр данных
Геофизические данные в
исследованиях изменений
климата
Б.Г.Шерстюков
Содержание доклада
• Значение данных наблюдений в проблеме
изменений климата
• Почему изменяется климат?
Ошибки моделирования и прогнозов
климата на ХХI век
• Исследование факторов изменений
климата по данным наблюдений
Метеорологические станции с наблюдениями
от 1900 года по настоящее время
Метеорологические станции с наблюдениями
от 1920 года по настоящее время
Метеорологические станции с наблюдениями
от 1960 года по настоящее время
Изменения климата по данным наблюдений
и результаты моделирования.
Глобальная среднегодовая температура
по наблюдениям до 2010 года
Гипотеза об антропогенной природе
современного потепления
Ошибки модели CGCM2
(среднегодовая температура (оС) за 1990-2005 г.)
Ошибки модели ECHAM4
(среднегодовая температура (оС) за 1990-2005 г.)
Ошибки модели HadCM3
(среднегодовая температура (оС) за 1990-2005 г.)
Возможные причины изменений климата
1. Усиление парникового эффекта - следствие
увеличения:
•
концентрации СО2 и метана
•
влажности воздуха
•
количества облачности
2. Колебания во взаимодействиях внутри
климатической системы (атмосфера-океан)
3. Внешние факторы (солнечная активность,
возмущения орбиты и скорости вращения
Земли)
1. ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ ПО ДАННЫМ НАБЛЮДЕНИЙ
Зависимость парникового эффекта от нормы
радиационного баланса
B = Pin - Pout
dT = f (Pout)
Летом температура
определяется преимущественно
приходящей
радиацией,
а зимой – задержкой уходящей радиации
Увеличение количества парникового газа не может заметно
повлиять на температуру летом,
а зимой большая задержка уходящего излучения приведет к
потеплению
Выделение парникового эффекта СО2 по
данным наблюдений
Условия построения статистического эксперимента:
1. Исключить влияние водяного пара и облачности –
построение выборок данных при сухой безоблачной
погоде
2. Исследовать изменение трендов в зависимости от
географической широты и сезона года
Ожидаемый результат статистического эксперимента
В результате усиления парникового эффекта наибольший
рост положительных трендов температуры следует
ожидать на географических широтах и в сезонах года с
отрицательным радиационным балансом, т.е. в высоких
широтах зимой
Зависимость изменений климата от концентрации
СО2 (по сезонам)
Тренды температуры (Т) сухого воздуха, при отсутствии облачности, и
радиационный баланс (В).
Зависимость изменений климата от концентрации
СО2 (по широте)
Зонально осредненный радиационный баланс (В) и тренды температуры
воздуха при безоблачной (Тя) и облачной (Тоб) погоде по широтам
Парниковый эффект в изменениях климата по
данным наблюдений
Вывод 1:
Зависимость трендов температуры от радиационного
баланса подтверждает наличие парниковой
составляющей в современном потеплении климата.
Доля парникового эффекта не определена.
Вывод 2:
Усиление парникового эффекта СО2 не отменяет
наличие естественных составляющих колебаний
климата
Естественные колебания климата
Температура в центральной Англии
(слаженные значения по 7-летиям)
Колебания климата наблюдались в доиндустриальную эпоху
2. ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА, КАК РЕЗУЛЬТАТ ТЕПЛООБМЕНА
МЕЖДУ ОТДЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ КЛИМАТИЧЕСКОЙ
СИСТЕМЫ (АТМОСФЕРА-ОКЕАН)
Индекс инерционности K=t2-t1, (1-весна, 2- осень)
– мера взаимодействия атмосферы и океана
Среднегодовая
температура воздуха
над континентами
северного полушария
(Тс)
и индекс сезонной
инерционности
атмосферы (k),
скользящие средние
по трехлетиям
Индекс инерционности и среднегодовая температура
воздуха на территории России. R= -0.86
o
T [ C]
1.2
7
k
1
6.5
0.8
0.6
6
0.4
0.2
5.5
t
k
0
-0.2
5
-0.4
2004
2000
1996
1992
1988
1984
1980
1976
1972
1968
1964
1960
1956
1952
1948
1944
1940
4.5
1936
-0.6
Годы
Вывод 3:
Эпоха усиления парникового эффекта совпала с фазой
ослабления демпфирующего эффекта океана, в результате глобальное потепление ускорилось, т.е. ослабление
инерционности усиливает проявление парникового эффекта
21
3. СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ И КЛИМАТ
Изменение инерционности климата океана согласуется с изменением
солнечной активности
По данным И.И.Мохова, со второй половины 1940-х годов до начала
1990-х годов 25% дисперсии атмосферных процессов связано с
солнечной активностью
4. ВОЗМУЩЕНИЯ ОРБИТАЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
И КЛИМАТ ЗЕМЛИ
Аномалии температуры поверхности океана
и северо-южное ускорение орбитального движения Земли
Месяцы
(скользящие по 5-летиям)
24
20
16
12
8
4
0.08
ТПО
0.04
0
-0.04
-0.08
-0.12
-0.16
1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
-0.4
Океан
24
Месяцы
20
16
12
8
4
50000
40000
30000
20000
10000
0
-10000
-20000
-30000
-40000
-50000
-70000
Ускорение
Земли
1880 1888 1896 1904 1912 1920 1928 1936 1944 1952 1960 1968 1976 1984 1992 2000 2008
Возмущения орбиты Земли сопровождаются изменениями сезонных аномалий
Температуры поверхности океана
Возмущения
орбиты Земли
• . Северо-южное
ускорение
движения Земли
(2) и
температура
воздуха в
широтной зоне
0-60 СШ
• а) 1922-1954гг.
• б) 1964-1999гг.
1.5
0.6
t
0.4
1.0
0.2
0.5
0.0
0.0
-0.2
2
-0.4
-0.5
1
-0.6
-1.0
-0.8
-1.5
-1.0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
месяц
t 1.2
1.5 a
1.0
1.0
0.8
0.6
0.5
0.4
0.0
0.2
t
0.0
-0.5
-0.2
Наблюдается полное согласие
-0.6
изменений температуры с
возмущениями движения Земли.
(запаздывание 1-2 месяца)
-1.0
-0.4
-1.5
1
2
3
4
5
6
7
Месяц
8
9
10
11
12
a
Прогноз изменений климата
1. на основе гидродинамических
моделей
2. на основе экстраполяции
результатов наблюдений
Концентрация углекислого газа и глобальная
температура воздуха
Усиление парникового эффекта подтверждается по результатам наблюдений.
Его вклад в глобальное потепление составляет от 23 до 38% по разным оценкам.
Но в моделях климата все глобальное потепление приписывается концентрации СО2
Главное заблуждение – современное потепление
климата полностью приписывается антропогенному
воздействию
Если все потепление ХХ века
приписать воздействию СО2, то нас
ожидает климатическая катастрофа
Прогноз повышения глобальной
температуры в ХХI веке по разным моделям
Temperature Increase 2000 to 2100 (°C)
Model
Total
Land
Ocean
CCSR/NIES
4.7
7.0
3.8
CCCma
4.0
5.0
3.6
CSIRO
3.8
4.9
3.4
Hadley Centre
3.7
5.5
3.0
GFDL
3.3
4.2
3.0
MPI-M
3.0
4.6
2.4
NCAR PCM
2.3
3.1
2.0
NCAR CSM
2.2
2.7
2.0
Прогноз с учетом естественных колебаний
климата
С учетом колебаний Потепление составляет 0.06 о/10 лет.
В ХХI веке потепление составит 0.6 о/100 лет
Заключение
1. Главным условием получения новых знаний в
современной климатологии является комплексное
использование данных наблюдений за состоянием всех
составляющих климатической системы и внешних
факторов
2. Анализ данных наблюдений показывает, что колебания
климата являются результатом сложения нескольких
естественных факторов на Земле и в космосе.
3. Усиление парникового эффекта не является главной
причиной современного глобального потепления