Կլիմայական գործընթացների մոդելավորում. Կլիմատոլոգիա Կլիմայի փոփոխության կանխատեսում Ընդհանուր շրջանառության մոդելներ

Ուղարկել ձեր լավ աշխատանքը գիտելիքների բազայում պարզ է: Օգտագործեք ստորև ներկայացված ձևը

Ուսանողները, ասպիրանտները, երիտասարդ գիտնականները, ովքեր օգտագործում են գիտելիքների բազան իրենց ուսումնառության և աշխատանքի մեջ, շատ շնորհակալ կլինեն ձեզ:

Ներածություն

1. Գլոբալ սիմուլյացիա

գրականություն

Ներածություն

Գիտական ​​և տեխնոլոգիական առաջընթացի ներկա փուլը, որը կապված է Երկրի վրա գլոբալ էկոլոգիական իրավիճակի իրազեկման հետ՝ իր բնորոշ սահմանափակ էներգիայով, երկրաբանական, բիոգեոցենոտիկ և այլ ռեսուրսներով, ընդգծում է գլոբալ բնապահպանական գիտելիքների առնչությամբ վերցված տեղեկատվական ռեսուրսի խնդիրը. մարդու և բնության էվոլյուցիայի պայմանները. Այս ռեսուրսի մակարդակը հազարամյակների ընթացքում որոշվում էր Hoto sapiens-ի թույլ փոխկապակցված ընդհանուր ակտիվությամբ և համեմատաբար փոքր էր մինչև արդյունաբերական դարաշրջանի սկիզբը: Այնուհետև, բավականին արագ պատմական մոտեցմամբ իրավիճակին, երբ կենսոլորտի նկատմամբ առևտրային վերաբերմունքը դարձավ մարդկության որոշիչ ռազմավարությունը, և երբ տեսանելի դարձավ էկոլոգիական փակուղին, տեղեկատվական ռեսուրսը նշանակալի մասշտաբով բարձրացավ մինչև սահմանային արժեքներին:

Ցանկացած բնապահպանական խնդիր ունի «բացություն», ներառվածություն համակարգում գլոբալ խնդիրներարդիականություն, որից գլխավորը մարդկության հոմեոստազի պահպանումն է (Կոնդհաև, 2000)։ Սա նշանակում է, որ «կենսոլորտի վրա ամպրոպը», որը ծագեց և իրականացավ քսաներորդ դարի վերջում, քաղաքակիրթ աշխարհին դրեց Homo Sapiens տեսակի գոյատևման խնդիրը, և, հետևաբար, բնության նկատմամբ պատասխանատու վերաբերմունքի խնդիրը: . Միևնույն ժամանակ, էկոլոգիական և բարոյական խնդիրները փոխազդեցության մեջ մտան միաժամանակ։

1. Գլոբալ սիմուլյացիա

Վրա ներկա փուլՇրջակա միջավայրի պահպանության ոլորտում գիտատեխնիկական առաջընթացը, ինտենսիվ մշակումներ են ընթանում, որոնց վերլուծությունը հնարավորություն է տալիս բացահայտել. բնութագրերըբնապահպանական գիտելիքները և կիրառական մեթոդների հիմնախնդիրները արդյունավետ տեղեկատվական տեխնոլոգիաների հիմնական պահանջները սահմանելու համար: Վիճակի հետագծման համակարգերի ստեղծման նախադրյալներից մեկը միջավայրըտարբեր որակի տվյալների առկայությունն էր և դրանց ստեղծած բազմաթիվ մաթեմատիկական մոդելները տարբեր տեսակներ(հավասարակշռություն, օպտիմալացում, էվոլյուցիոն, վիճակագրական և այլն): Սինթեզված է պարամետրացման և, որպես կանոն, օրինաչափությունների գծայինացման հիման վրա բնական երևույթներԱյս մոդելները ներառում են գլոբալ, տարածաշրջանային և տեղական բնույթի երկրաբանական, էկոլոգիական, օվկիանոսաբանական, կենսաերկրաքիմիական և բիոգեոցենոտիկ գործընթացների դետերմինիստական ​​և հավանական նկարագրությունների լայն շրջանակ: Նրանց ճնշող մեծամասնությունը կենտրոնացած է կենդանի համակարգերի առանձնահատկությունների տեսական ըմբռնման վրա։ բարձր մակարդակօգտագործելով առկա գիտելիքները և միայն մի փոքր մասն է ուղղված առաջին քայլերին` ուղղված գլոբալ բնապահպանական ներկա իրավիճակի օբյեկտիվ գնահատմանը: Տարբերվելով նպատակներով և նկարագրության մաթեմատիկական ապարատով, շատ մոդելներ պարզվում են, որ հարկադրաբար կոպիտ են տեղեկատվական բազայի սահմանափակության, թերի և թերորոշվածության, ինչպես նաև մոդելավորման փորձի ոլորտում ժամանակակից գործիքային համակարգերի բացակայության պատճառով: Ուսումնասիրվող մոդելների համարժեքությունը բարձրացնելու նպատակով կենսոլորտի դիտարկվող բաղադրիչների քանակի ավելացումը, ինչպես հայտնի է, հանգեցնում է դրանց բազմապարամետրային բնույթին, այսինքն. «բազմաչափության անեծքի» խնդրին։

Որպես այս հատկանիշները լուծելու հիմնական գործիք՝ մի շարք հեղինակներ ողջամտորեն դիտարկում են մոդելավորման մոդելավորման մեթոդը, որը հնարավորություն է տալիս «միացնել» տարբեր որակի տվյալները՝ կապված տարբեր մաթեմատիկական ֆորմալիզմների հետ և հեռացնել բազմապարամետրիկությունը։ Ցանկալի մոդելն այս դեպքում կառուցված է էմպիրիկ տեղեկատվության հիման վրա, որը նախապես չի սահմանափակվում որևէ մաթեմատիկական ապարատի շրջանակով, որը որոշում է ֆորմալացման «փափկությունը», որն անխուսափելի է այն դեպքերում, երբ երևույթների էական օրինաչափություններն են. անհայտ.

Սիմուլյացիոն մոդելավորման զարգացումը՝ տեղեկատվական բազան ընդլայնելով, ֆորմալ և ոչ ֆորմալ մեթոդները համատեղելով պահանջվող մոդելի քայլ առ քայլ սինթեզի գործընթացում և, վերջապես, ակտիվորեն միացնելով մարդուն համակարգչի հետ երկխոսությանը, ըստ բազմաթիվ հետազոտողների, կտրամադրի համակարգային-էկոլոգիական մոդելավորման արդյունավետ տեխնոլոգիա։ Սակայն հիմա էլ պարզվում է, որ իրավիճակն այնքան էլ հստակ չէ։ Իսկապես, եթե համեմատենք դաշտում առկա տեղեկատվության հարցումները բնապահպանական խնդիրներըև դրանց լուծման համար առկա տեղեկատվական աջակցությունը (տարբեր մաթեմատիկական և սիմուլյացիոն մոդելներ, բնապահպանական տեղեկատվության մշակման սկզբունքներ), հեշտ է տեսնել, որ ոչ բոլոր մակարդակները բնական և մարդածին բարդույթներունեն մշակված ապարատ դրանց նկարագրության համար, և առավել ևս արդյունավետ նախագծման համար տեղեկատվական տեխնոլոգիաներխնդրահարույց իրավիճակների անհրաժեշտ գնահատականներ ստանալու համար։ Դժվարությունները, որոնք առաջանում են այս կապակցությամբ, կապված են ոչ միայն և ոչ այնքան տարբեր տեսակի մոդելների կուտակման տեխնիկական բնույթի հետ։ Այս հատկանիշներն առավել հստակ դրսևորվում են գլոբալ մոդելավորման մեջ, որի փորձը ցույց է տվել բնության մեջ տեղի ունեցող գործընթացների վերաբերյալ գիտելիքների զգալի և սկզբունքորեն անփոփոխ թերի, ինչը դրսևորվում է ինչպես էմպիրիկ տվյալների մասնատվածությամբ, այնպես էլ համապատասխան պատկերացումների բացակայությամբ: էվոլյուցիայի օրինաչափություններ. բնական գործընթացներ. Արդեն պարզ է, որ մոդելային հիերարխիաների մեխանիկական հավաքածուն և էմպիրիկ տվյալների բանկերը կուտակելու ցանկությունը փորձ է վերակենդանացնել կենսոլորտային գործընթացների զարգացման ամբողջական պատկերի մասին հիմնավորման պարզունակ սխեմաները՝ առանց հաջողության հույսի, առանց բացատրության հնարավորության։ կենդանի համակարգերի մշտական ​​ինքնակազմակերպման ունակությունը և առանց էական առաջընթացի՝ Բնություն-Հասարակություն համակարգի գործունեության լավ կայացած մեխանիզմը հասկանալու ուղղությամբ: Իրավիճակն այնպիսին է, որ անհրաժեշտ է օգտագործել համակարգչային տեխնոլոգիաներ, որոնք համատեղում են էվոլյուցիոն և սիմուլյացիոն մոդելավորման մեթոդները։ Դա թույլ կտա հաշվի առնել մոդելավորվող գործընթացների կառուցվածքի ներքին դինամիկան (էվոլյուցիան) և ադապտիվ կերպով սինթեզել մոդելները տվյալների ոչ ամբողջականության և մասնակի հուսալիության պայմաններում:

Գլոբալ մոդելի կառուցման ավանդական մոտեցումները դժվարությունների են հանդիպում բազմաթիվ սոցիալ-տնտեսական և կլիմայական գործընթացների ալգորիթմական նկարագրության մեջ, այնպես որ, որպես արդյունք, պետք է գործ ունենալ տեղեկատվական անորոշության հետ: Գլոբալ մոդելավորման մշակված մոտեցումները պարզապես անտեսում են այս անորոշությունը, ինչի հետևանքով մոդելների կառուցվածքը համարժեքորեն չի արտացոլում իրական գործընթացները: Էվոլյուցիոն և սիմուլյացիոն մոդելավորման համատեղ օգտագործումը հնարավորություն է տալիս վերացնել այս թերությունը՝ սինթեզելով համակցված մոդել, որի կառուցվածքը ենթարկվում է հարմարեցման՝ հիմնվելով կենսոլորտային և կլիմայական բաղադրիչների համալիրի նախապատմության վրա: Միևնույն ժամանակ, մոդելի իրականացումը կարող է համակցվել նաև մոդելների տարբեր դասերում՝ օգտագործելով ծրագրային գործիքներ ավանդական համակարգիչների և էվոլյուցիոն տիպի հատուկ պրոցեսորների վրա։ Նման համակցության ձևը բազմազան է և կախված է գլոբալ տվյալների բազաների տարածա-ժամանակային ամբողջականությունից։

Համաշխարհային մոդելավորման առկա փորձը լի է անհաղթահարելի դժվարությունների օրինակներով՝ փորձելով ուղիներ գտնել գիտական ​​և տեխնոլոգիական առաջընթացը և մարդկային գործունեությունը դրա տարբեր դրսևորումներով նկարագրելու համար: Ոչ պակաս դժվարություններ են առաջանում կլիմայի մոդելավորման ժամանակ, որը բնութագրվում է փոփոխականության տարբեր ժամանակային տեմպերով գործընթացների սուպերպոզիցիայով: Ինչ վերաբերում է գլոբալ մոդելում նկարագրության ամբողջականությանը, ապա այստեղ անհնար է հստակ ուրվագծել տեղեկատվական անվտանգության սահմանները և անհրաժեշտ տարածական և կառուցվածքային դետալների սահմանները։ Հետևաբար, չխորանալով գլոբալ խնդիրների բնական-փիլիսոփայական վերլուծության մեջ և չփորձելով տալ գլոբալ մոդելավորման սպառիչ բաղադրատոմս, մենք կքննարկենք հնարավոր ուղիներից միայն մեկը, որն արտացոլում է, թե ինչպես էվոլյուցիոն մոդելավորումը հատուկ պրոցեսորի ներդրման մեջ թույլ է տալիս մեզ հաղթահարել վերը նշվածը։ - նշված դժվարությունները.

Էվոլյուցիոն մոդելի ճշգրտումն ըստ բնական ռիթմերի նախապատմության հնարավորություն է տալիս ձեռք բերել մի մոդել, որը անուղղակիորեն հետևում է անցյալում Բնություն-Հասարակություն համակարգի դինամիկայի տարբեր օրինաչափություններին և հնարավորություն է տալիս կանխատեսել նույն ռիթմով: Մոդելի հատուկ պրոցեսորային տարբերակը լիովին վերացնում է բոլոր ալգորիթմական և հաշվողական դժվարությունները, որոնք առաջանում են գլոբալ մոդելի մեծ չափման և բազմաթիվ պարամետրային անորոշությունների առկայության պատճառով:

2. Կլիմայական գործընթացների մոդելավորում

Բնություն-Հասարակություն համակարգի կլիմայական բաղադրիչն ամենամեծ դժվարությունն է ներկայացնում գլոբալ մոդելի սինթեզում, քանի որ այն բնութագրվում է մեծ թվով հետադարձ կապերով, որոնց մեծ մասն անկայուն է: Դրանցից են սառցե ալբեդոն, ջրային գոլորշի–ճառագայթումը, ամպամածություն–ճառագայթումը, աերոզոլ–ճառագայթումը և շատ ուրիշներ մարդածին կառույցներ։ Հետևաբար, կլիմայական մոդելի կառուցումը պահանջում է հաշվի առնել բազմաթիվ գործոններ, որոնց դերը դրա ձևավորման գործում շատ դեպքերում լավ հասկանալի չէ։ Մաթեմատիկական մեթոդների կիրառմամբ Երկրի կլիմայական համակարգը համապարփակ նկարագրելու փորձերը դեռ չեն տվել արդյունքներ, որոնք կարող են օգտագործվել Պետական ​​պատմական թանգարանում:

Գոյություն ունի գլոբալ մոդելի սինթեզի երկու մոտեցում. Մոտեցումներից մեկը հիմնված է ստեղծված կամ մշակված կլիմայական մոդելներում կենսոլորտային բաղադրիչների ընդգրկման վրա: Մեկ այլ մոտեցում է կենսոլորտի մաթեմատիկական մոդելի շրջանակներում մշակել մի բլոկ, որը կսիմուլյատորի կենսոլորտային բաղադրիչների կախվածությունը կլիմայական պարամետրերից: Առաջին դեպքում առկա են դիֆերենցիալ հավասարումների համապատասխան համակարգերի լուծումների անկայունության խնդիրներ, ինչը դժվարացնում է շրջակա միջավայրի գլոբալ փոփոխությունների կանխատեսելի գնահատականներ ստանալը։ Երկրորդ դեպքում հնարավոր է ձեռք բերել շրջակա միջավայրի փոփոխությունների կայուն կանխատեսումներ, սակայն դրանց հուսալիությունը կախված է կլիմայի և կենսոլորտային տարրերի միջև հարաբերակցության պարամետրացման ճշգրտությունից: Երկրորդ մոտեցումն ունի այն առավելությունը, որ թույլ է տալիս կլիմայական մոդելները միացնել կենսոլորտի մաթեմատիկական մոդելին, որը կարելի է նկարագրել սցենարի մակարդակով: Կլիմայի մոդելավորման և գնահատման հարցերի մանրամասն վերլուծություն ժամանակակից տեխնոլոգիակարելի է գտնել Marchuk and Kondratiev (1992), Kondratiev (1999), Kondratiev and Johannessen (1993): Այստեղ մենք քննարկում ենք Բնություն-Հասարակություն համակարգի առանձին բաղադրիչների մի շարք մոդելներ, որոնք համապատասխանում են երկրորդ մոտեցմանը: Դրանց թվում են մթնոլորտի ընդհանուր շրջանառության մոդելները, մթնոլորտի և օվկիանոսի փոխազդեցությունը, կլիմայական պարամետրերի զգայունությունը Երկրի մակերևույթի սահմանային պայմանների նկատմամբ, կենսաերկրաքիմիական և կլիմայական գործընթացների փոխհարաբերությունները և այլն:

Կլիմայական համակարգը ֆիզիկա-քիմիական-կենսաբանական համակարգ է՝ անսահմանափակ ազատության աստիճանով։ Հետեւաբար, նման բարդ համակարգի մոդելավորման ցանկացած փորձ կապված է անհաղթահարելի դժվարությունների հետ։ Հենց այս հանգամանքն է բացատրում այս համակարգում առանձին պրոցեսների պարամետրային նկարագրությունների բազմազանությունը։ Մինչև մեկ տարի ժամանակի դիսկրետիզացիայի քայլով գլոբալ մոդելի համար ընդունելի մոտեցում է երկու տարբերակի օգտագործումը, առաջին տարբերակն է՝ համատեղ կիրառել տվյալ տարածքում կլիմայի ձևավորման որոշակի գործընթացների միջև՝ կլիմայական սցենարների հետ համատեղ: Երկրորդ տարբերակը հիմնված է գլոբալ մոնիտորինգի տվյալների օգտագործման վրա, որը հիմք է հանդիսանում կլիմայական պարամետրերի վերաբերյալ տվյալների շարքերի ձևավորման համար՝ իրենց տարածքային-ժամանակային հղումով և օգտագործվում է դրանց տարածական բաշխման ամբողջական պատկերը վերականգնելու համար: Հարաբերակցության ընդհանուր գործառույթներից մեկը տատանումների կախվածությունն է միջին ջերմաստիճանըՄթնոլորտի DT g« դրանում CO 2 պարունակության վրա.

25, հա՞ 1

5.25 o 2 + 12.55 o - 7.3, o< 1

որտեղ o-ն մթնոլորտում C a (t) CO 2-ի ընթացիկ պարունակության հարաբերակցությունն է նրա նախաարդյունաբերական մակարդակին C a (1850 թ.):

(1)-ից կարելի է տեսնել, որ Tg-ը մթնոլորտային CO 2 քանակի աճող ֆունկցիան է: Մթնոլորտում CO 2-ի քանակի 20%-ով ավելացումը հանգեցնում է ջերմաստիճանի 0,3 °C-ով բարձրացման։ Մթնոլորտային CO2-ի կրկնապատկումը առաջացնում է Tg-ի աճ 1,3°C-ով: Գործառույթի (1) մանրամասն վերլուծությունը և DT g-ի և o-ի դիտարկված հոդերի տատանումների համեմատությունը ցույց են տալիս, որ (1) մոդելի կիրառումը հնարավորություն է տալիս պարզեցնել Բնություն-Հասարակություն մոդելի կլիմայական բլոկը: Մասնավորապես, եթե (1) օգտագործվում է (DT g) 2[CO2 ] հաշվարկելու համար մթնոլորտային CO 2-ի կոնցենտրացիան կրկնապատկելու համար, ապա գնահատելու համար. ընթացիկ միտում DT g-ը փոխելիս կարող եք օգտագործել բանաձևը.

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

որտեղ, ըստ ընդունված գնահատականների, C a-ի նախաարդյունաբերական արժեքը (1850) = 270 ppm:

Բանաձևը (2) լավ մոտավոր է արդեն հայտնի տվյալներին՝ մոտ 50% սխալով: Իրոք, (2)-ից C a (1980)=338 ppm-ում հետևում է, որ DT g =1,3°K, մինչդեռ իրական տաքացումը շատ հեղինակների կողմից գնահատվում է որպես 0,6°K:

Անկասկած, անցկացվել է վերջին տարիներըաճի պատճառով ջերմոցային էֆեկտի մասին քննարկումներ մասնակի ճնշում CO 2 դյույմ երկրագնդի մթնոլորտը, պետք է արտացոլվի Պետական ​​պատմական թանգարանում։ Բանաձև (1) հաշվի է առնում CO 2-ի ազդեցությունը, ըստ Մինցերի (1987), հնարավոր է ընդլայնել ջերմոցային այլ գազերից ջերմաստիճանի ազդեցության դիտարկումը.

DT? \u003d DT CO 2 + DT N 2 0 + DT CH 4 + DT O 3 + DT C F C 11 + DT C F C 12, որտեղ

DT CO 2 \u003d - 0,677 + 3,019 լպ [C a (t) / C a (t o)],

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

DT CH 4 \u003d 0,19 ([ CH4 (t)] 1/2 - [CH4 (t 0)] 1/2) ,

DT O 3 = 0.7/15,

DT С F С 11 \u003d 0.14 [СFС11 (t) - СFС11 (t 0)],

DT С F С 12 \u003d 0.16 [СFС12 (t) - СFС12 (t 0)]:

t 0-ի արժեքը նույնացվում է 1980թ.-ի հետ, երբ ենթադրվում է, որ հայտնի են ջերմոցային գազերի կոնցենտրացիաները:

Միջին ջերմաստիճանի լայնական բաշխումը հաշվելու պարզ բանաձևերի շարքում երկրագունդըԴուք կարող եք նշել Սերգինի առաջարկած սխեմաները (1974 թ.)

T (c) \u003d T g + g (sin 2 c T - sin 2 c) (3)

որտեղ ts-ը ռադիաններով լայնությունն է, r-ը բևեռի և հասարակածի ջերմաստիճանի տարբերությունն է, ts T-ն այն լայնությունն է, որտեղ T(ts) = T g: Տարվա ընթացքում լայնական ջերմաստիճանի տատանումները գոհացուցիչ կերպով նկարագրված են մոդելի կողմից (Sergin, 1974).

T e - 2c (T e - T N) / p հյուսիսային կիսագնդի համար,

T e - 2c (T e - T S) / p հարավային կիսագնդի համար,

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

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

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

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

T N , min (T S , min) և T N, max (T S, max) նվազագույն և առավելագույն ջերմաստիճանհյուսիսային (հարավ) բևեռում, համապատասխանաբար, °С; t D - տարվա երկարությունը D-ի միավորներով, T e - մթնոլորտի ջերմաստիճանը հասարակածում, ° C; Շատ հեղինակներ օգտագործում են նման գնահատականներ,

որպես T N, min = - 30°C, T N, max = 0°C, T S, min = - 50°C, T S, max = -10°C, T e = 28 0 C:

Իհարկե, նման գոտիներում միջինացված ջերմաստիճաններն ունեն դիսպերսիաներ, որոնք հանգեցնում են զգալի սխալների: Հիմնական կլիմայական պարամետրը, որը ջերմաստիճանն է, տարբեր գործոնների դերն առավել ճշգրիտ արտացոլելու համար անհրաժեշտ է հաշվարկել յուրաքանչյուր գործոնի ներդրումը առանձին: Դա կարելի է անել՝ հիմնվելով հետադարձ կապի դերի հավելյալության ենթադրության վրա.

DT a , վերջնական = DT a + DT a , հետադարձ կապ

DT a, վերջնական = DT a

b պարամետրը արտահայտվում է g շահույթով` b = 1/(1-g): g ցուցիչի արժեքը համարժեք է ալբեդո b-ին, որը in համաշխարհային մասշտաբով T a-ի ֆունկցիան է Այս կախվածության մոտավոր մոտավորությունը կարող է ներկայացվել հետևյալ ձևով.

բ սառույցը T a? T սառույց,

b(T a) = b ազատ է T a? T անվճար,

b ազատ + b(T ազատ - T) T սառույցում<Т а < Т free

Այստեղ T սառույցը և T free-ը մոլորակների միջին ջերմաստիճաններն են, որոնց դեպքում Երկրի ամբողջ մակերեսը համապատասխանաբար ծածկված է սառույցով կամ ազատ է դրանից; b-ն Երկրի ալբեդոյի կրիտիկական վիճակների անցման գործակիցն է։ Սովորաբար ընդունվում է T i ce Є °K:

Պարզ և բավականին կոպիտ կլիմայական մոդելների օգտագործումը կարելի է կատարելագործել՝ հաշվի առնելով հետադարձ կապի գործողության բնորոշ ժամանակները: Կլիմայական ենթահամակարգերի փոխազդեցության ընթացքում հավասարակշռության հաստատման ժամանակի որոշ գնահատականներ տրված են Աղյուսակում: 1. Տեսանելի է, որ «Բնություն-Հասարակություն» համակարգում արձագանքման ուշացումների ժամանակային տիրույթը բազմազան է, և անհրաժեշտ է այն հաշվի առնել մեկ կամ մի քանի կլիմայական ենթահամակարգերում փոփոխությունների հետևանքները գնահատելիս: Մասնավորապես, Անտարկտիդայի սառցե շերտում ցրտի պաշարներն այնքան հսկայական են, որ դրա ջերմաստիճանը մինչև 0 °C բարձրացնելու համար անհրաժեշտ կլինի Համաշխարհային օվկիանոսի միջին ջերմաստիճանն իջեցնել 2 °C-ով, այսինքն. տեղափոխել այն Т 0 = 5,7 °С վիճակից Т 0 = 3,7 °С վիճակին։ Հաշվի առնելով աղյուսակի տվյալները: 1 նման գործողության իներցիան կկազմի հարյուրավոր տարիներ։ Մարդածին պատճառներով կլիմայի տաքացման դիտվող արագությունը դեռևս չունի էներգիայի նման ծախսեր։

Աղյուսակ 1

Ոմանց համար հավասարակշռության ժամանակներ

Երկրի կլիմայական համակարգի ենթահամակարգերը

Ազդեցության ոլորտ կլիմայական համակարգ	Կարգավորման ժամանակ հավասարակշռության վիճակ
Մթնոլորտը: անվճար սահմանային շերտ
Համաշխարհային օվկիանոս. խառը շերտ խորը օվկիանոս ծովային սառույց	օրերից մինչև 100 տարի
Մայրցամաքներ լճեր և գետեր հողա-բուսական գոյացություններ ձյան ծածկույթ և մակերեսային սառույց
լեռնային սառցադաշտեր
սառցե թիթեղներ
Երկրի թիկնոց	30 մ

Կլիմայական համակարգի վրա մարդածին ազդեցության մեխանիզմը դրսևորվում է ջերմոցային գազերի արտանետումների և ալբեդոյի փոփոխությունների միջոցով՝ պայմանավորված հողի ծածկույթների վերակառուցմամբ, ջրի ցիկլին միջամտությամբ և մթնոլորտի աղտոտվածությամբ: 10 -7 h10 -2 սմ շառավղով աերոզոլային մասնիկներ հանդիպում են մթնոլորտի գրեթե բոլոր բարձրություններում։ Ոչ մարդածին ծագման մասնիկները մթնոլորտ են ներթափանցում ցամաքի կամ օվկիանոսի մակերեւույթից, ինչպես նաև ձևավորվում են գազերի միջև քիմիական ռեակցիաների արդյունքում։ Մարդածին ծագման մասնիկներն առաջանում են հիմնականում վառելիքի այրման արդյունքում։ Աղյուսակ 1-ը պատկերացում է տալիս այս մասնիկների հոսքերի միջև մթնոլորտի փոխհարաբերությունների մասին: 2.

աղյուսակ 2

20 միկրոնից պակաս շառավղով մասնիկների հոսքերի գնահատումներ, որոնք արտանետվել են մթնոլորտ կամ ձևավորվել դրանում (Butcher, Charleson, 1977 թ.)

Մասնիկների տեսակ	Մասնիկների քանակը՝ 10 6 տ/տարի
Բնական ծագման մասնիկներ (եղանակ, էրոզիա և այլն)
Անտառային հրդեհների և անտառային թափոնների այրման մասնիկներ
Ծովի աղ
Հրաբխային փոշին
Գազերի արտանետման ժամանակ ձևավորված մասնիկներ. բնական գործընթացներ սուլֆատներ H 2 S-ից ամոնիումի աղեր HN 3-ից նիտրատներ N0 x բիկարբոնատներ բույսերի միացությունների մարդածին գործընթացներից սուլֆատներ SO 2-ից նիտրատներ NO x բիկարբոնատներ
Մթնոլորտ արտանետված մասնիկների ընդհանուր քանակը. բնական պատճառներով մարդածին պատճառներով
Մասնիկների ընդհանուր հոսքը դեպի մթնոլորտ

Մթնոլորտի ջերմաստիճանի վրա մասնիկների ազդեցության մեխանիզմը բացատրվում է նրանով, որ Երկրի վրա ընկնող արևային ճառագայթումը, հիմնականում 0,4–4 մկմ միջակայքում, մասամբ արտացոլվում և կլանվում է նրանց կողմից։ Այս դեպքում փոխվում է «Երկրի մակերևույթ - մթնոլորտ» համակարգի գլոբալ ալբեդոն։ Բացի այդ, մասնիկները ազդում են մթնոլորտում խոնավության խտացման գործընթացների վրա, քանի որ դրանց մասնակցությամբ տեղի է ունենում ամպերի, անձրևի և ձյան ձևավորում: Օգտագործենք «Երկրի մակերես-մթնոլորտ» համակարգի ջերմային հաշվեկշռի հավասարումը.

(1- բ) E 0 * + E a - yT S 4 \u003d 0, (4)

որտեղ T S-ը համակարգի ճառագայթման միջին արդյունավետ ջերմաստիճանն է, մոտ 400 մբ մակերեսի մոտ էներգիայի միջին մակարդակի ջերմաստիճանին, E 0 *=0,487 կալ սմ -2 րոպե -1 - ներգնա արևային ճառագայթման միջին ինտենսիվությունը: կիսագնդի համար; բ- ալբեդո; y \u003d 8.14-10 "" cal cm -2 min -1 Stefan-Boltzmann հաստատուն, E a - մարդածին էներգիայի աղբյուրների ընդհանուր ինտենսիվությունը միավորի մակերեսի վրա:

Թող albedo b = b 0 - Db, որտեղ b 0 = 0.35 - albedo ժամանակակից պայմաններում, Db - ալբեդոյի փոքր մասը, որը որոշվում է մարդածին աերոզոլների ազդեցությամբ: (4) հավասարումից մենք ստանում ենք ջերմաստիճանի արտահայտություն.

T S \u003d [ E 0 * (1-b) / y] 1/4 1/4 (5)

Ենթադրելով, որ դբ<< 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 \u003d [ E 0 * (1- b 0) / y ] 1/4 (1 + 0,25 dB (1-b 0) -1 ) (6)

(6)-ից հետևում է, որ ոչ շատ ուժեղ մարդածին ազդեցության տակ ջերմաստիճանը «Երկիր մակերևույթ-մթնոլորտ» համակարգում փոխհարաբերությունները նկարագրող տերմինի հանրագումարն է՝ առանց մարդածին գործոնները հաշվի առնելու, իսկ T 1 և T 2 տերմինները, որոնք արտահայտում են. ջերմային և աերոզոլային արտանետումների ներդրումը, համապատասխանաբար.

T 1 \u003d 0,25 (1- b 0) -1 [ E 0 * (1- b 0) / y] 1/4 E a / E 0 * \u003d 96,046 E a / E 0 *,

T 2 \u003d 0,25 (1- b 0) -1 [ E 0 * (1- b 0) / y] 1/4 dB \u003d 96,046 dB,

Նշենք, որ T 1-ի ավելացումը ժամանակակից պայմաններում շատ փոքր է: Եթե ​​վերցնենք E a \u003d 4 10 - 5 cal cm -2 min -1 և, հետևաբար, E a / E 0 *= 8,21 -10 - 4, ապա T 1 \u003d 0,0079 ° С: Այսպիսով, համաշխարհային էներգիայի անմիջական ազդեցությունը մթնոլորտի միջին ջերմաստիճանի վրա ներկայումս աննշան է։ T1-ի արտահայտությունից հետևում է, որ ջերմային արտանետումների պատճառով մթնոլորտային ջերմաստիճանը 0,5 °С-ով բարձրացնելու համար պետք է բավարարվի Еа /Е0 * = 0,0052 պայմանը, ինչը նշանակում է 63,4 անգամ շրջակա միջավայր մարդածին ջերմային հոսքերի ավելացում։ . Սա համարժեք է էներգիայի արտանետմանը տարեկան 570 10 9 տոննա ստանդարտ վառելիք այրելով:

Եթե ​​ենթադրենք, որ էներգիայի արտադրությունը համաչափ է բնակչությանը, ապա Т 1 = 96,046 k TG Gу S / Е 0 * , որտեղ G-ը բնակչության խտությունն է, մարդ / կմ 2; S - հողատարածք, կմ 2; k TG - մեկ անձի համար արտադրված էներգիայի քանակը, կալ / րոպե:

Եթե ​​անտեսենք աերոզոլի ազդեցությունը մթնոլորտի ջերմային ռեժիմի վրա, ապա ուղիղ ճառագայթումը E, դրա փոփոխությունը dE և մթնոլորտային պղտորության փոփոխությունը dB կկապվեն հավասարմամբ՝ dE / E = k B dB, որտեղ k B = 0,1154 կմ 2 / տ համաչափության գործակիցն է, B - մարդածին ծագման աերոզոլների քանակը, տ / կմ 2: Այս հավասարումը ինտեգրելուց հետո մենք ստանում ենք՝ E \u003d E 0 * (1-b 0) exp (-k B B): Մյուս կողմից, ալբեդոյի սահմանման համաձայն, E \u003d E 0 * (1- b) \u003d E 0 * (1- b 0 + dB): Այս արտահայտությունները E-ի համար հավասարեցնելով, մենք ստանում ենք Db \u003d - (1-b 0): Հետևաբար, ջերմաստիճանի փոփոխությունը, որը կապված է աերոզոլներով մթնոլորտի մարդածին աղտոտման հետ, հավասար է.

T 2 \u003d -0,25 [E 0 * (1-b 0) / y] 1/4 \u003d -62,43

Քանի որ մարդածին ծագման աերոզոլների միջին արտանետումը, ըստ բազմաթիվ հեղինակների, կազմում է 300 10 6 տ/տարի, իսկ մթնոլորտում աերոզոլների մնալու միջին ժամանակը գնահատվում է 3 շաբաթ, ապա միջինում կա 17,262 10 6 տ մասնիկ։ մթնոլորտը. T 2-ի բանաձևից այս դեպքում հետևում է, որ մթնոլորտի ջերմաստիճանը տարեկան պետք է նվազի 0,84 °C-ով։

Շատ հեղինակներ համարում են մթնոլորտային պղտորության գործակից В T-ը b ցուցիչի փոխարեն՝ սահմանելով այն որպես իրական մթնոլորտում արևային ճառագայթման էներգիայի թուլացման b r գործակցի հարաբերակցությունը իդեալական մթնոլորտում թուլացման b I գործակցին.

B T = b r / b I = (b I + b W - b A)/ b I, որտեղ b W և b A համապատասխանաբար ջրի գոլորշիների և աերոզոլների թուլացման գործակիցներն են: Պետական ​​պատմական թանգարանն ընդունել է հետևյալ գնահատականները.

3 միջին լայնություններում,

B T = 3,5 արեւադարձային լայնություններում,

2 փոշու և ջրային գոլորշու նվազեցված պարունակությամբ:

Երկրի կլիմայի մոդելավորման փորձը հուշում է, որ շատ հեղինակների ցանկությունը՝ հնարավորինս ճշգրիտ և ամբողջությամբ հաշվի առնել կլիմայական համակարգի բոլոր հնարավոր հետադարձ կապերն ու տարրերը, հանգեցնում է բարդ մաթեմատիկական խնդիրների, որոնց լուծումը պահանջում է հսկայական քանակությամբ տվյալներ, իսկ շատ դեպքերում համապատասխան հավասարումների լուծումներն անկայուն են ստացվում։ Հետևաբար, նման բարդ մոդելների օգտագործումը որպես KPO համակարգի գլոբալ մոդելի բլոկ, անխուսափելիորեն հանգեցնում է բացասական արդյունքի, այսինքն. արդյունավետ մոդելի սինթեզման անհնարինությանը։ Ամենահեռանկարային մոտեցումը կլիմայի մոդելների համակցումն է գլոբալ մոնիտորինգի տվյալների հետ: Նման համադրության սխեման շատ պարզ է. Կլիմայի ձևավորման գործընթացների մոնիտորինգի համար գոյություն ունեցող ցամաքային և արբանյակային համակարգերը ծածկում են երկրի մակերևույթի բջիջների (Sij) որոշակի մասը: Ջերմաստիճանը, ամպամածությունը, ջրի գոլորշիների, աերոզոլների և գազերի պարունակությունը, ալբեդոն և էներգիայի հոսքերի շատ այլ պարամետրեր չափվում են այս բջիջների վերևում: Կլիմայական պարզ մոդելների, ինչպես նաև տարածական ժամանակային ինտերպոլացիայի մեթոդների օգտագործումը հնարավորություն է տալիս այս չափումների հիման վրա վերակառուցել Վահանի ողջ տարածքում կլիմայական պարամետրերի բաշխվածության ամբողջական պատկերը:

Սոցիալական ասպեկտը մտավ փոխգործակցության դաշտ հասարակության և բնության հարաբերություններում ներդաշնակության խնդիրների հետ: Կենսոլորտի ճակատագիրը կախված կլինի նրանից, թե ինչպես Երկրի բնակչությունը արագ կլուծի շրջակա միջավայրի նկատմամբ «ողջամիտ» և «ոչ ողջամիտ» վերաբերմունքի օպտիմալ հավասարակշռությունը գտնելու խնդիրները։ Ավելին, ինչպես ցույց են տվել մոդելային գնահատականները, ողջ մարդկության 90%-ը պետք է ընդունի դա։ Բայց քիչ հավանական է, որ պատմության այս փուլում բնակչության նման մասը կարողանա գիտակցաբար, իր բարոյական և էթիկական սկզբունքների համաձայն, առանց ցավի և կամովին անցնել բնությունը նվաճելու դիրքից բնության միջև նոր ներդաշնակ հարաբերություններ զարգացնելու դիրքի։ և հասարակությունը։ Համաշխարհային ներդաշնակության հասնելու համար անհրաժեշտ է կենտրոնանալ բացասական բնապահպանական և սոցիալ-տնտեսական փոփոխությունների վրա, որպեսզի բնապահպանական գիտելիքները գործնականում կիրառվեն, այսինքն. այն պետք է հասցվի կառուցողական կիրառման փուլ՝ շրջակա միջավայրի պահպանության ոլորտում որոշումների կայացման բարձր որակ ապահովող կոնկրետ տեխնոլոգիաների տեսքով։

գրականություն

1. Վ.Ֆ. Կրապիվին, Կ.Յա. Կոնդրաթիևը. «Գլոբալ բնապահպանական փոփոխություններ. էկոինֆորմատիկա» - Սանկտ Պետերբուրգ, 2002 թ

2. http://climate2008.igce.ru/v2008/htm/1.htm- ԿԼԻՄԱՅԻ ՓՈՓՈԽՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԻ ԵՎ ԴՐԱՆՑ ԱԶԴԵՑՈՒԹՅԱՆ ՎԵՐԱԲԵՐՅԱԼ ԳՆԱՀԱՏԱԿԱՆ ՀԱՇՎԵՏՎՈՒԹՅՈՒՆ ՌՈՒՍԱՍՏԱՆԻ ԴԱՇՆՈՒԹՅԱՆ ՏԱՐԱԾՔԻ ՎՐԱ.

Նմանատիպ փաստաթղթեր

Ծանոթացում կլիմայական տատանումների և գլոբալ ջերմաստիճանի ինդեքսները Երկրի պտույտի տատանումների հետ համեմատելու առանձնահատկություններին. ENSO ֆենոմենը որպես օվկիանոս-մթնոլորտ տատանումների հիմնական եղանակ, որը պարբերաբար դիտվում է հասարակածային Խաղաղ օվկիանոսում։

թեզ, ավելացվել է 26.08.2017թ


Էկոլոգիական համակարգերի և գործընթացների մոդելավորման գործընթացի մեթոդաբանական և տեսական հիմունքները: Մակերեւութային ակտիվ նյութերի ազդեցության ուսումնասիրություն ջրային բույսերի վրա՝ օգտագործելով elodea-ի օրինակը: Սինթետիկ լվացող միջոցների բաղադրիչների համեմատական ​​վերլուծություն.

կուրսային աշխատանք, ավելացվել է 23.01.2013թ


Մոդելավորման ընդհանուր սկզբունքներն ու խնդիրները. Գիշատիչ-գիշատիչ մոդելի ընդհանուր հայեցակարգը. Երկու տեսակի մրցակցություն. Շերտավոր-մոզաիկ անտառի հայեցակարգ, բացերի մոդելավորում: Արևելյան Սիբիրում ծովային անտառների էկոհամակարգի մաթեմատիկական մոդելը. Մոդելավորման հիմնախնդիրները էկոլոգիայում.

կուրսային աշխատանք, ավելացվել է 12/03/2012 թ


Հողերում տեղի ունեցող գործընթացների մաթեմատիկական մոդելների արժեքը: Հողերի ջերմային և ջերմաստիճանային ռեժիմների մաթեմատիկական մոդել, հողերի ջրային ռեժիմ։ Հումուսի կուտակման գործընթացների մոդելի առանձնահատկությունները և ագրոէկոհամակարգերի արտադրողականության մոդելավորման առանձնահատկությունները.

կուրսային աշխատանք, ավելացվել է 31.05.2012թ


Մաթեմատիկական մոդելավորում էկոլոգիայում. «Գիշատիչ-որս» տեսակի միջտեսակային փոխազդեցություն։ Հարաբերությունների համակարգչային մոդելավորում. Հավասարումների համակարգի անշարժ կետեր. Ֆազային հետագծերի կառուցում isocline մեթոդով: Խնդրի թվային մոդելավորում:

վերացական, ավելացվել է 12/09/2012 թ


Բնական-տեխնոլոգիական համալիրներում մոդելավորման գործընթացների առանձնահատկությունները. Ծանր մետաղների և թեթև նավթամթերքների շարժման մոդել. Բնական-տեխնոլոգիական համալիրների գործունեության կանխատեսում. Ստորերկրյա ջրերի հանքայնացում ռեկուլտիվ համակարգերում.

վերացական, ավելացվել է 01.07.2014թ


Մշտական ​​սառույցի գոտի, դրա բնութագրերը. Կլիմայի գլոբալ փոփոխության դինամիկան և հետևանքները. անորոշության գնահատում. Ենթակառուցվածքների համար գեոկրիոլոգիական ռիսկերի կանխատեսում. Մեթանի արտանետումների ազդեցությունը մշտական ​​սառույցի քայքայման ժամանակ:

վերացական, ավելացվել է 11.07.2014թ


Օզոնի ընդհանուր բնութագրերը և դրա առաջացմանն ուղեկցող գործընթացները. Օզոնի նշանակությունը կլիմայական համակարգի գործունեության մեջ, նրա բաշխումն ըստ բարձրության: Մթնոլորտային շրջանառության ազդեցությունը օզոնոսֆերայի դինամիկայի վրա, ոչնչացման պատճառներն ու հետևանքները.

կուրսային աշխատանք, ավելացվել է 05/10/2011 թ


Բնապահպանական խնդիրների լուծման համակարգված մոտեցման հայեցակարգը: Էկոլոգիական մոդելների և գործընթացների մոդելավորում: Հողի աղտոտվածության որոշման և հողի բնութագրերը չափելու գործիքներ. «Biotoks-10M» թունավորության էքսպրես վերլուծության սարք.

կուրսային աշխատանք, ավելացվել է 24.06.2010թ


Գրենլանդիայի կլիմայի (տաքացում և սառեցում) վիճակի ուսումնասիրություն անցյալ դարաշրջաններում Սպա մեթոդով: Հյուսիսատլանտյան օվկիանոսում խորը ծովային հորատման կայանի գտնվելու վայրը: Արևմտյան Սիբիրի կլիմայի և լանդշաֆտների վիճակի ուսումնասիրություն Հոլոցենում:

Կլիմայի փոփոխության նկատմամբ հետաքրքրության առանձնակի աճ է նկատվել անցյալ դարի վերջից: Դա պայմանավորված է բնության փոփոխությունների ավելացմամբ, որն արդեն ակնհայտ է պարզ աշխարհականի մակարդակով։ Որքանո՞վ են այդ փոփոխությունները պայմանավորված բնական գործընթացներով, և որքանո՞վ են դրանք կապված մարդու գործունեության հետ։ Այսօր Ռուսաստանի Գիտությունների ակադեմիայի Հաշվողական մաթեմատիկայի ինստիտուտի փորձագետների, առաջատար հետազոտողների հետ զրույցը կօգնի մեզ պարզել դա: Եվգենի Վոլոդինը և Նիկոլայ Դիանսկին, ում հետ մենք այսօր խոսում ենք, ինստիտուտում զբաղվում են կլիմայի մոդելավորմամբ և Կլիմայի փոփոխության միջազգային խմբի ռուս անդամներ են ( Կլիմայի փոփոխության հարցերով միջկառավարական հանձնաժողով, IPCC):

— Կլիմայի գլոբալ փոփոխության ի՞նչ փաստեր են արտացոլված ուսումնասիրություններում և ներառված գնահատման չորրորդ զեկույցում:

— Մենք բոլորս զգում ենք գլոբալ տաքացման հետևանքները նույնիսկ տնային տնտեսությունների մակարդակով, օրինակ՝ ձմեռներն ավելի տաքացել են։ Եթե ​​դիմենք գիտական ​​տվյալներին, ապա դրանք ցույց են տալիս նաև, որ վերջին 12 տարուց 11-ը ամենատաքն են գլոբալ ջերմաստիճանի գործիքային դիտարկումների ողջ ժամանակահատվածում (1850 թվականից): Անցած դարի ընթացքում օդի գլոբալ միջին ջերմաստիճանը փոխվել է 0,74°C-ով, վերջին 50 տարիների ընթացքում ջերմաստիճանի գծային միտումով, որը գրեթե երկու անգամ գերազանցել է դարի համապատասխան արժեքը: Եթե ​​խոսենք Ռուսաստանի մասին, ապա վերջին 20 տարիների ընթացքում մեր երկրի մեծ մասում ձմռան ամիսները միջինը 1-3 աստիճանով ավելի տաք են եղել, քան նախորդ քսան տարիների ձմեռները։

Կլիմայի փոփոխությունը չի նշանակում ջերմաստիճանի պարզ բարձրացում։ Հաստատված «գլոբալ կլիմայի փոփոխություն» տերմինը նշանակում է բոլոր գեոհամակարգերի վերակառուցում։ Իսկ տաքացումը դիտարկվում է որպես փոփոխության միայն մեկ կողմ: Դիտորդական տվյալները ցույց են տալիս Համաշխարհային օվկիանոսի մակարդակի բարձրացում, սառցադաշտերի և հավերժական սառույցի հալչում, տեղումների անհավասարության ավելացում, գետերի հոսքի փոփոխություններ և կլիմայի անկայունության հետ կապված այլ գլոբալ փոփոխություններ:

Զգալի փոփոխություններ են տեղի ունեցել ոչ միայն միջին կլիմայական բնութագրերի, այլև կլիմայի փոփոխականության և ծայրահեղության մեջ։ Պալեոկլիմայական տվյալները հաստատում են շարունակվող կլիմայական փոփոխությունների անսովոր բնույթը, առնվազն վերջին 1300 տարվա ընթացքում:

— Ինչպե՞ս է կատարվում կլիմայի գիտական ​​կանխատեսումը: Ինչպե՞ս են կառուցվում կլիմայական մոդելները:

— Ժամանակակից կլիմատոլոգիայի կարևորագույն խնդիրներից մեկը գալիք դարերում կլիմայի փոփոխության կանխատեսման խնդիրն է։ Կլիմայական համակարգում տեղի ունեցող գործընթացների բարդությունը թույլ չի տալիս կանխատեսումներ ստանալու համար օգտագործել անցյալ միտումների էքստրապոլյացիա կամ վիճակագրական և այլ զուտ էմպիրիկ մեթոդներ: Նման գնահատականներ ստանալու համար անհրաժեշտ է կառուցել բարդ կլիմայական մոդելներ: Նման մոդելներում փորձագետները փորձում են հաշվի առնել բոլոր գործընթացները, որոնք ազդում են եղանակի և կլիմայի վրա ամենաամբողջական և ճշգրիտ ձևով: Ավելին, կանխատեսումների օբյեկտիվությունը բարելավվում է, եթե օգտագործվում են մի քանի տարբեր մոդելներ, քանի որ յուրաքանչյուր մոդել ունի իր առանձնահատկությունները: Հետևաբար, ներկայումս իրականացվում է միջազգային ծրագիր՝ համեմատելու կլիմայի փոփոխության կանխատեսումները, որոնք ստացվել են ԿՓՓՄԽ-ի կողմից առաջարկվող սցենարների համաձայն, մթնոլորտում ջերմոցային գազերի, աերոզոլների և այլ աղտոտիչների պարունակության ապագա փոփոխությունների վերաբերյալ: Այս ծրագրին մասնակցում է Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի հաշվողական մաթեմատիկայի ինստիտուտը (INM RAS): Ընդհանուր առմամբ, այն ընդգրկում է մոտ երկու տասնյակ մոդելներ տարբեր երկրներից, որտեղ նման մոդելների ստեղծման համար անհրաժեշտ գիտության ոլորտները բավարար զարգացում են ստացել՝ ԱՄՆ-ից, Գերմանիայից, Ֆրանսիայից, Մեծ Բրիտանիայից, Ռուսաստանից, Ավստրալիայից, Կանադայից, Չինաստանից...

Երկրի կլիմայական մոդելի հիմնական բաղադրիչներն են մթնոլորտի և օվկիանոսի ընդհանուր շրջանառության մոդելները, այսպես կոչված համատեղ մոդելները։ Միևնույն ժամանակ, մթնոլորտը ծառայում է որպես կլիմայի փոփոխության հիմնական «գեներատոր», իսկ օվկիանոսը այդ փոփոխությունների հիմնական «կուտակիչն» է։ INM RAS-ում ստեղծված կլիմայական մոդելը վերարտադրում է մթնոլորտի և Համաշխարհային օվկիանոսի լայնածավալ շրջանառությունը դիտողական տվյալների հետ լավ համաձայնությամբ և այնպիսի որակով, որը չի զիջում ժամանակակից կլիմայական մոդելներին: Սա հիմնականում ձեռք է բերվել այն պատճառով, որ մթնոլորտի և օվկիանոսի ընդհանուր շրջանառության մոդելների ստեղծման և թյունինգի ընթացքում հնարավոր է եղել ապահովել, որ այդ մոդելները (օֆլայն ռեժիմում) բավականին լավ վերարտադրեն մթնոլորտի և օվկիանոսի կլիմայական վիճակները: . Ավելին, մինչ կլիմայի ապագա փոփոխությունները կանխատեսելը սկսելը, մեր կլիմայական մոդելը, ինչպես մյուսները, ստուգվել է (այլ կերպ ասած՝ փորձարկվել) 19-րդ դարի վերջից մինչ օրս անցյալ կլիմայական փոփոխությունների վերարտադրության վրա:

— Իսկ ինչպիսի՞ն են մոդելավորման արդյունքները:

— Մենք մի քանի փորձեր ենք անցկացրել IPCC-ի սցենարներով: Դրանցից ամենակարևորները երեքն են. համեմատաբար, սա հոռետեսական սցենար է (A2), երբ մարդկային համայնքը կզարգանա առանց շրջակա միջավայրին ուշադրություն դարձնելու, չափավոր (A1B), երբ կկիրառվեն Կիոտոյի արձանագրության նման սահմանափակումներ և լավատեսական։ (B1) - մարդածին ազդեցության ավելի ուժեղ սահմանափակումներով: Ավելին, բոլոր երեք սցենարներով էլ ենթադրվում է, որ վառելիքի այրման ծավալը (և հետևաբար՝ մթնոլորտ ածխածնի արտանետումները) կաճի միայն քիչ թե շատ արագ տեմպերով։

Ըստ հոռետեսական, «ամենատաք» սցենարի՝ մակերեսի մոտ միջին տաքացումը 2151-2200 թթ. համեմատ 1951-2000 թթ. կլինի մոտ 5 աստիճան: Ավելի չափավոր զարգացման դեպքում այն ​​կկազմի մոտ 3 աստիճան։

Կլիմայի զգալի տաքացում տեղի կունենա նաև Արկտիկայի տարածքում։ Նույնիսկ ավելի լավատեսական սցենարի համաձայն՝ 21-րդ դարի երկրորդ կեսին Արկտիկայում ջերմաստիճանը 20-րդ դարի երկրորդ կեսի համեմատ կբարձրանա մոտ 10 աստիճանով։ Հնարավոր է, որ 100 տարուց էլ քիչ ժամանակ անց բևեռային ծովի սառույցը պահպանվի միայն ձմռանը, իսկ ամռանը հալվի:

Միաժամանակ, մեր և այլ մոդելների համաձայն, հաջորդ դարում ծովի մակարդակի ինտենսիվ բարձրացում չի լինի։ Բանն այն է, որ Անտարկտիդայի և Գրենլանդիայի մայրցամաքային սառույցների հալումը մեծապես կփոխհատուցվի այս շրջաններում ձյան տեղումների ավելացմամբ՝ կապված տաքացման ժամանակ տեղումների ավելացման հետ։ Օվկիանոսի մակարդակի բարձրացման հիմնական ներդրումը պետք է լինի ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ ջրի ընդլայնումը:

Կլիմայի փոփոխության կանխատեսման համար INM RAS կլիմայական համակարգի մոդելով փորձերի արդյունքները, այլ արտասահմանյան մոդելների արդյունքների հետ միասին, ներառվել են IPCC զեկույցում, որը Ա.Գորի հետ 2007 թվականին շնորհվել է Խաղաղության Նոբելյան մրցանակ:

Նշենք, որ մինչ օրս ԿՓՓՄԽ չորրորդ զեկույցում Ռուսաստանից ներկայացված են միայն INM կլիմայական մոդելի միջոցով ստացված արդյունքները։

— Ասում են, որ եվրոպական եղանակը ծնվում է Ատլանտյան օվկիանոսում, իսկապե՞ս այդպես է:

— Հյուսիսատլանտյան օվկիանոսում տեղի ունեցող եղանակային իրադարձությունները, անշուշտ, մեծ ազդեցություն ունեն Եվրոպայի վրա: Դա պայմանավորված է նրանով, որ Երկրի մակերևույթից մինչև 15-20 կմ բարեխառն լայնություններում քամին հիմնականում փչում է արևմուտքից արևելք, այսինքն՝ օդային զանգվածները Եվրոպա են գալիս առավել հաճախ արևմուտքից՝ Ատլանտյան օվկիանոսից: Բայց դա միշտ չէ, որ տեղի է ունենում, և ընդհանրապես անհնար է առանձնացնել որևէ մեկ վայր, որտեղ եվրոպական եղանակն ամբողջությամբ ձևավորվել է։

Եվրոպական եղանակը որպես լայնածավալ երևույթ ձևավորվում է Հյուսիսային կիսագնդի մթնոլորտի ընդհանուր վիճակով։ Բնականաբար, այս գործընթացում զգալի տեղ է զբաղեցնում Ատլանտիկան։ Այնուամենայնիվ, այստեղ ավելի կարևոր է ոչ թե Հյուսիսային Ատլանտյան օվկիանոսի շրջանառության օվկիանոսային գործընթացների ներքին փոփոխականությունը (տարեկան ընթացքից շեղումը), այլ այն, որ մթնոլորտը, որպես շատ ավելի փոփոխական միջավայր, օգտագործում է Հյուսիսային Ատլանտիկան որպես էներգիա։ ջրամբար՝ սեփական փոփոխականության ձևավորման համար։

Այստեղ մենք կլիմայի կանխատեսումից և մոդելավորումից անցնում ենք եղանակի կանխատեսման և մոդելավորման: Պետք է առանձնացնել այս երկու հարցերը։ Սկզբունքորեն, երկու խնդիրների համար էլ օգտագործվում են մոտավորապես նույն մոդելները, որոնք նկարագրում են մթնոլորտի դինամիկան։ Տարբերությունն այն է, որ եղանակի կանխատեսման համար շատ կարևոր են մոդելի նախնական պայմանները։ Դրանց որակը մեծապես որոշում է կանխատեսման որակը։

Մի քանի տասնամյակից մինչև մի քանի դար և հազարամյակ կլիմայի փոփոխությունը մոդելավորելիս նախնական տվյալները այդքան կարևոր դեր չեն խաղում, և կարևոր դեր է խաղում մթնոլորտի վրա այն արտաքին ազդեցությունները, որոնց պատճառով կլիման փոփոխություն է տեղի ունենում. Նման ազդեցությունները կարող են լինել ջերմոցային գազերի կոնցենտրացիայի փոփոխություն, հրաբխային աերոզոլների արտանետում մթնոլորտ, Երկրի ուղեծրի պարամետրերի փոփոխություն և այլն: Մեր ինստիտուտը մշակում է այդ մոդելներից մեկը Ռոսհիդրոմետի համար:

— Ի՞նչ կարելի է ասել Ռուսաստանում կլիմայի փոփոխության մասին: Ինչի՞ց պետք է հատկապես վախենալ:

-Ընդհանուր առմամբ, տաքացման արդյունքում կենտրոնական Ռուսաստանի կլիման որոշ չափով նույնիսկ կբարելավվի, սակայն Ռուսաստանի հարավում այն ​​կվատթարանա չորության ավելացման պատճառով։ Մեծ խնդիր է առաջանալու հավերժական սառույցի հալվելու պատճառով, որի տարածքները մեծ տարածքներ են զբաղեցնում։

Ռուսաստանում տաքացումը ցանկացած սցենարով հաշվարկելիս ջերմաստիճանը կաճի մոտավորապես երկու անգամ ավելի արագ, քան Երկրի միջինը, ինչը հաստատում են նաև այլ մոդելների տվյալները։ Բացի այդ, մեր մոդելային տվյալներով, Ռուսաստանը ձմռանը ավելի տաք կլինի, քան ամռանը։ Օրինակ՝ Ռուսաստանում միջինը 3 աստիճան գլոբալ տաքացման դեպքում տաքացումը կկազմի տարեկան միջինը 4-7 աստիճան։ Միաժամանակ ամռանը կտաքանա 3-4, ձմռանը՝ 5-10 աստիճանով։ Ռուսաստանում ձմեռային տաքացումը պայմանավորված կլինի, ի թիվս այլ բաների, նրանով, որ մթնոլորտային շրջանառությունը փոքր-ինչ կփոխվի։ Արևմտյան քամիների ուժգնացումը կբերի ավելի տաք ատլանտյան օդային զանգվածներ։

— Ո՞րն է ԿՓՄԽ-ի և, մասնավորապես, հայրենի գիտնականների եզրակացությունը կլիմայի փոփոխության մեջ մարդածին ներդրման վերաբերյալ:

-Պատմական փորձը ցույց է տալիս, որ բնության մեջ ցանկացած միջամտություն անպատիժ չի մնում։

IPCC զեկույցում ընդգծվում է, որ վերջին տասնամյակներում նկատվող տաքացումը հիմնականում մարդու ազդեցության հետևանք է և չի կարող բացատրվել միայն բնական պատճառներով։ Մարդածին գործոնը առնվազն հինգ անգամ ավելի մեծ է, քան արեգակնային ակտիվության տատանումների ազդեցությունը: Դիտորդական տվյալների վերլուծության վերջին արդյունքների հիման վրա այս եզրակացությունների հավաստիությունը գնահատվում է շատ բարձր։

Մեր մոդելավորման արդյունքները համոզիչ կերպով ցույց են տալիս նաև մարդածին ներդրման գերիշխող դերը: Կլիմայական մոդելները լավ են վերարտադրում դիտված տաքացումը, եթե հաշվի են առնում մարդու գործունեության հետևանքով ջերմոցային գազերի և այլ գազերի արտանետումները, և չեն վերարտադրում տաքացումը, եթե հաշվի են առնվում միայն բնական գործոնները: Այլ կերպ ասած, մոդելային փորձերը ցույց են տալիս, որ առանց մարդու «ներդրման» կլիման չէր փոխվի այսօրվա արժեքներին:

Պարզաբանենք, որ ժամանակակից կլիմայական մոդելները ներառում են նաև CO 2 կոնցենտրացիայի հաշվարկը։ Նման մոդելները ցույց են տալիս, որ կլիմայական համակարգում CO 2-ի կոնցենտրացիայի բնական տատանումները դարերի կամ ավելի քիչ ժամանակային մասշտաբներով չեն գերազանցում մի քանի տոկոսը: Այս մասին են խոսում նաեւ առկա վերակառուցումները։ Նախաարդյունաբերական դարաշրջանի վերջին մի քանի հազար տարիների ընթացքում CO 2-ի կոնցենտրացիան մթնոլորտում կայուն էր և տատանվում էր 270-ից մինչև 285 ppm (մաս մեկ միլիոնում): Այժմ այն ​​կազմում է մոտ 385 ppm: Մոդելների հետ հաշվարկները, ինչպես նաև չափումների տվյալների գնահատումները ցույց են տալիս, որ, ընդհակառակը, կլիմայական համակարգը հակված է փոխհատուցելու CO 2 արտանետումները, և բոլոր արտանետումների մոտ կեսը կամ մի փոքր ավելին բաժին է ընկնում մթնոլորտում CO 2 կոնցենտրացիայի ավելացմանը: Մնացած կեսը լուծվում է օվկիանոսում և ավելացնում ածխածնի զանգվածը բույսերում և հողերում:

— Ի՞նչ եք կարծում, ինչպե՞ս կզարգանան կլիմայի կանխատեսումները:

«Կլիմայական համակարգը շատ բարդ է, և մարդկությունը հուսալի կանխատեսման կարիք ունի: Մինչ այժմ մշակված բոլոր մոդելներն ունեն իրենց թերությունները. Միջազգային գիտական ​​հանրությունը գոյություն ունեցող մոտ երկու տասնյակ ամենահաջող մոդելներից ընտրել է, որոնց համեմատությամբ տրվում է ընդհանրացված կանխատեսում։ Ենթադրվում է, որ տարբեր մոդելների սխալներն այս դեպքում փոխհատուցվում են:

Մոդելավորումը բարդ գործ է և մեծ աշխատանք։ Հաշվարկներում ներառված են բազմաթիվ պարամետրեր՝ հաշվի առնելով տրանսպորտային գործընթացները, մթնոլորտի և օվկիանոսի փոխազդեցությունը։ Այժմ մեր ինստիտուտում պատրաստվում է մոդելի նոր տարբերակը։ Օրինակ, բևեռի մոտ խնդիր կա, որտեղ միջօրեականների մերձեցման պատճառով երկայնության աստիճանները կրճատվում են, ինչը հանգեցնում է մոդելային լուծման չհիմնավորված «աղմուկի»։ Նոր մոդելը կօգտագործի ավելի բարձր տարածական լուծում մթնոլորտային և օվկիանոսային մոդելներում և ֆիզիկական գործընթացների ավելի առաջադեմ պարամետրիզացիա: Դրա շնորհիվ սիմուլյացիայի ճշգրտությունը կավելանա, և նոր կանխատեսում կարվի նոր մակարդակի այս մոդելի վրա։

Չգիտես ինչու, մեր երկրում մոդելավորման խնդիրներին շատ ավելի քիչ ուշադրություն է դարձվում, քան Արևմուտքում, որտեղ զգալի ֆինանսական և գիտական ​​ռեսուրսներ են հատկացվում հենց մթնոլորտի և օվկիանոսի շրջանառության թվային մոդելներ ստեղծելու գործին: Այս առաջադրանքները պահանջում են բարձր արդյունավետությամբ բազմապրոցեսորային հաշվողական համակարգեր (Կլիմայի կանխատեսման համար օգտագործվող INM սուպերհամակարգիչը ներառված է ԱՊՀ երկրների TOP-50 վարկանիշում): Մեր աշխատանքին աջակցել են միայն Ռուսաստանի գիտությունների ակադեմիայի որոշ ծրագրեր և Հիմնական հետազոտությունների ռուսական հիմնադրամի նախագծեր:

Մոտ ապագայում կսկսվի IPCC ծրագրի շրջանակներում համատեղ մոդելներով փորձերի նոր փուլ։ Այս փուլը կներառի Երկրի կլիմայի նորացված մոդելներ՝ ավելի բարձր տարածական լուծաչափով և մոդելավորված ֆիզիկական գործընթացների ավելի լայն շրջանակի ընդգրկմամբ: Կլիմայական մոդելներն աստիճանաբար վերածվում են երկրային համակարգի մոդելների, որոնք այլևս ոչ միայն հաշվարկում են մթնոլորտի և օվկիանոսի դինամիկան, այլ նաև ներառում են մթնոլորտի քիմիայի, բուսականության, հողի, ծովային քիմիայի և կենսաբանության և այլ գործընթացների մանրամասն ենթամոդելներ և երևույթներ, որոնք ազդում են կլիմայի վրա.

Ներածություն

Կլիմայի ժամանակակից տեսության կենտրոնական խնդիրը մարդածին գործունեության հետևանքով առաջացած կլիմայի փոփոխության կանխատեսման խնդիրն է: Կլիմայական համակարգի առանձնահատկությունների պատճառով, որոնք կքննարկվեն ստորև, այս խնդիրը չի կարող լուծվել բնական գիտությունների մեջ բազմիցս փորձարկված ավանդական մեթոդներով: Կարելի է ասել, որ այս խնդրի լուծման հիմնական մեթոդաբանական հիմքը ներկայումս կլիմայական համակարգի թվային մոդելավորումն է՝ օգտագործելով գլոբալ կլիմայական մոդելները, որոնք հիմնված են մթնոլորտի և օվկիանոսի ընդհանուր շրջանառության գլոբալ մոդելների վրա։ Բնականաբար, կլիմայական մոդելների ձևակերպումը պահանջում է դաշտային փորձեր, որոնց արդյունքների վերլուծությունը հնարավորություն է տալիս ձևակերպել կոնկրետ ֆիզիկական գործընթացների ավելի ու ավելի ճշգրիտ մոդելներ, որոնք որոշում են կլիմայական համակարգի դինամիկան: Այնուամենայնիվ, նման փորձերը չեն լուծում հիմնական խնդիրը՝ որոշել իրական կլիմայական համակարգի զգայունությունը փոքր արտաքին ազդեցությունների նկատմամբ։

Կլիմայական համակարգ և կլիմա

Կլիման հասկացվում է որպես տվյալ տարածքի համար առավել հաճախ կրկնվող եղանակային առանձնահատկություններ, որոնք ստեղծում են ջերմաստիճանի, խոնավության և մթնոլորտային շրջանառության տիպիկ ռեժիմ: Միևնույն ժամանակ, «տիպիկ»-ը վերաբերում է այն գծերին, որոնք գործնականում անփոփոխ են մնում մեկ սերնդի ընթացքում, այսինքն. մոտ 30-40 տարի: Այս հատկանիշները ներառում են ոչ միայն միջին արժեքներ, այլեւ փոփոխականության ցուցանիշներ, ինչպիսիք են, օրինակ, ջերմաստիճանի տատանումների ամպլիտուդը։ Նման երկարաժամկետ գործընթացների հետ առնչվելիս անհնար է առանձին դիտարկել որեւէ տարածքի կլիման։ Ջերմափոխանակության և օդի շրջանառության շնորհիվ ամբողջ մոլորակը մասնակցում է դրա ձևավորմանը։ Ուստի բնական է օգտագործել Երկիր մոլորակի կլիմայի հայեցակարգը։Առանձին շրջանների կլիմայի առանձնահատկությունները որոշակի իրավիճակում ընդհանուր օրինաչափությունների բեկումն է։ Այսպիսով, գլոբալ կլիման ոչ այնքան կազմված է տեղական կլիմայից, որքան տեղական կլիման որոշվում է գլոբալ կլիմայով: Իսկ եղանակը, ոչ թե կլիմայի փոփոխությունը, որոշվում է միայն մթնոլորտում, այլ նաև այլ գեոսֆերաներում տեղի ունեցող երևույթներով։ Մթնոլորտի վրա ոչ միայն ազդում են, այլև կախված են օվկիանոսը, բուսականությունը, ձյան և սառցե ծածկույթը, հողը և մարդու հետագա գործունեությունը: Այսպիսով, կլիմայական համակարգը ներառում է մթնոլորտը, ինչպես նաև աշխարհագրական ծածկույթի այլ տարրերի գործընթացներն ու հատկությունները, որոնք ազդում են մթնոլորտի վրա և կախված են դրանից: Արտաքին երեւույթները, ի տարբերություն ներքինի, ազդում են մթնոլորտի վրա, բայց դրանից կախված չեն։ Այդպիսին է, օրինակ, տիեզերքից եկող ճառագայթումը։

Կլիմայական համակարգի՝ որպես ֆիզիկական օբյեկտի առանձնահատկությունները

Կլիմայական համակարգը որպես ֆիզիկական օբյեկտ ունի մի շարք առանձնահատկություններ.

1. Համակարգի հիմնական բաղադրիչները՝ մթնոլորտը և օվկիանոսը, երկրաչափորեն կարելի է համարել բարակ թաղանթներ, քանի որ ուղղահայաց և հորիզոնական մասշտաբի հարաբերակցությունը կազմում է մոտ 0,01 - 0,001։ Այսպիսով, համակարգը գրեթե երկչափ է, այնուամենայնիվ, ուղղահայաց խտության շերտավորումը շատ կարևոր է, և լայնածավալ ուղղահայաց շարժումները պատասխանատու են բարոկլինիկական էներգիայի փոխակերպումների համար: Էներգետիկ նշանակալի ֆիզիկական գործընթացների բնորոշ ժամանակային սանդղակները տատանվում են 1 ժամից մինչև տասնյակ և հարյուրավոր տարիներ: Այս ամենը հանգեցնում է նրան, որ նման համակարգի լաբորատոր մոդելավորումը, մեղմ ասած, չափազանց դժվար է։

2. Կլիմայական համակարգի հետ հնարավոր չէ նպատակային ֆիզիկական փորձարկում դնել։ Իսկապես, մենք չենք կարող կլիմայական համակարգը մղել, օրինակ, ածխաթթու գազով և, պահպանելով մյուս պայմանները, չափել ստացված ազդեցությունը։

3. Մենք մեր տրամադրության տակ ունենք միայն դիտողական տվյալների կարճ շարք, և նույնիսկ այն ժամանակ միայն կլիմայական համակարգի առանձին բաղադրիչների մասին: Իհարկե, կան կլիմայական համակարգի շատ այլ կարևոր առանձնահատկություններ, որոնք պետք է հաշվի առնել, սակայն նույնիսկ վերը թվարկվածները թույլ են տալիս եզրակացնել, որ կլիմայական համակարգի ուսումնասիրության հիմնական միջոցը մաթեմատիկական մոդելավորումն է: Վերջին տարիների փորձը ցույց է տալիս, որ կլիմայի տեսության հիմնական արդյունքները ստացվել են կլիմայի գլոբալ մոդելների կառուցման և օգտագործման հիման վրա։

Կլիմայական համակարգի մաթեմատիկական մոդելներ

Այս բաժնում մենք հակիրճ կքննարկենք այն հիմնական ենթադրությունները, որոնց վրա հիմնված է ժամանակակից կլիմայական մոդելների կառուցումը: Կլիմայի ժամանակակից մոդելները մոդելներ են, որոնք հիմնված են մթնոլորտի և օվկիանոսի ընդհանուր շրջանառության ժամանակակից մոդելի վրա, և դրանց զարգացման կենտրոնական ուղղությունը կլիմայի ձևավորման մեջ ներգրավված բոլոր ֆիզիկական գործընթացների ավելի ճշգրիտ նկարագրությունն է: Ժամանակակից կլիմայական մոդելների կառուցումը հիմնված է մի շարք սկզբունքների վրա. Ենթադրվում է, որ դասական հավասարակշռության թերմոդինամիկայի հավասարումները լոկալ վավերական են։ Այնուհետև ենթադրվում է, որ սեղմվող հեղուկի Նավիեր-Սթոքսի հավասարումները վավեր են մթնոլորտի և օվկիանոսի դինամիկան նկարագրելու համար: Քանի որ ժամանակակից մոդելներում, հիմնականում հաշվողական հնարավորությունների շնորհիվ, օգտագործվում են Ռեյնոլդսի հավասարումները. Փակման ընթացակարգը ենթադրում է, որ ենթացանցային մասշտաբի գործընթացների ազդեցությունները (միջին մասշտաբից փոքր մասշտաբներ) կարող են արտահայտվել լայնածավալ գործընթացների բնութագրերով: Այս գործընթացները ներառում են.

1) ճառագայթման փոխանցում (կարճ և երկար ալիքային ճառագայթում).

2) խոնավության փուլային անցումները և տեղային նստվածքի ընթացքը.

3) կոնվեկցիա;

4) սահմանային և ներքին տուրբուլենտ շերտեր (այդ շերտերի որոշ բնութագրեր հստակ նկարագրված են).

5) փոքրածավալ օրոգրաֆիա.

6) ալիքային դիմադրություն (փոքր ծանրության ալիքների փոխազդեցությունը հիմնական հոսքի հետ).

7) փոքրածավալ ցրում և դիֆուզիոն.

8) փոքրածավալ գործընթացներ հողի ակտիվ շերտում.

Ի վերջո, մթնոլորտային և օվկիանոսային լայնածավալ շարժումները նկարագրելու համար հիդրոստատիկական մոտարկումը վավեր է. ուղղահայաց ճնշման գրադիենտը հավասարակշռված է գրավիտացիայի միջոցով: Նման մոտավորության օգտագործումը պահանջում է լրացուցիչ պարզեցումներ (Երկրի մշտական ​​շառավիղ, կորիոլիս ուժի բաղադրիչների անտեսում ուղղահայաց արագության բաղադրիչով), որպեսզի էներգիայի պահպանման օրենքը կատարվի էներգիայի արտաքին աղբյուրների բացակայության դեպքում հավասարումների համակարգում։ և ցրում. Մթնոլորտային և օվկիանոսային հիդրոթերմոդինամիկայի հավասարումներ, ենթացանցային մասշտաբի փակման գործընթացներ և սահմանային պայմաններ:

I. Լուծելիության գլոբալ թեորեմ ցանկացած, կամայականորեն մեծ, ժամանակային t.

Ցավոք, ներկայումս նման թեորեմ չկա «ճիշտ» սահմանային պայմաններով գնդային կոորդինատային համակարգում, ինչը հետևանք չէ եռաչափ Նավիեր-Սթոքսի հավասարումների համար նման թեորեմների բացակայության։ Ժամանակակից կլիմայական մոդելների հավասարումները ունեն «2.5»՝ չափը, քանի որ շարժման լրիվ երրորդ հավասարման փոխարեն օգտագործվում է հիդրոստատիկայի հավասարումը։

II. Համաշխարհային գրավիչի առկայությունը.

Այս պնդումն ապացուցվում է այն պայմանով, որ S-ը խիստ դրական-որոշ օպերատոր է.

(Sϕ ϕ) ≥ µ(ϕ,ϕ), µ >0

Խնդիրն այն է, որ ընդհանուր դեպքում դա հնարավոր չէ գրել, քանի որ սեղմվող հեղուկի շարունակականության հավասարումը ցրող չէ:

III. Գրավիչի չափը.

Այս դասի մոդելների համար գրավիչների չափերի կառուցողական գնահատականները շատ կոպիտ են: Դրանք վերին սահմաններ են, որոնք, ընդհանուր առմամբ, հարմար չեն նախորդ բաժնում դիտարկված տեսությանը:

ՈՒԿՐԱԻՆԱՅԻ ԿՐԹՈՒԹՅԱՆ ԵՎ ԳԻՏՈՒԹՅԱՆ ՆԱԽԱՐԱՐՈՒԹՅՈՒՆ

ՕԴԵՍՍԱՅԻ ՊԵՏԱԿԱՆ ԲՆԱՊԱՀՊԱՆԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ

OGECU ուսանողական գիտական ​​կոնֆերանսում

«Կլիմայի մոդելների վերլուծություն ֆիզիկական մեթոդների կիրառմամբ»

Պատրաստված է st.gr. VB-11

Սմոկովա Վ.Դ.

Գիտական ​​խորհրդատու՝ դ.թ.ս.

Ռոմանովա Ռ.Ի.

Օդեսա-2015

Մատենագիտություն:

http://umeda.ru/concept_climate

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

Վոլոդին Է.Մ., Դիանսկի Ն.Ա. Մթնոլորտ-օվկիանոս զուգակցված ընդհանուր շրջանառության մոդելի արձագանքը ածխաթթու գազի ավելացմանը:

Վոլոդին Է.Մ., Դիանսկի Ն.Ա. Կլիմայի փոփոխության մոդելավորում 20-22-րդ դարերում՝ օգտագործելով մթնոլորտի և օվկիանոսի ընդհանուր շրջանառության միասնական մոդելը:

Գրիցուն Ա.Ս., Դիմնիկով Վ.Պ. Բարոտրոպային մթնոլորտի արձագանքը փոքր արտաքին ազդեցություններին: Տեսություն և թվային փորձեր.

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. Կլիմայի մոդելավորում և դրա փոփոխություններ. - «Հաշվարկային մաթեմատիկայի և մաթեմատիկական մոդելավորման ժամանակակից խնդիրներ»,

Կլիմայական բարդ համակարգի ավելի լավ պատկերացում տալու համար համակարգչային ծրագրերը պետք է նկարագրեն կլիմայական բաղադրիչների փոխազդեցության մոդելը: Այս ընդհանուր շրջանառության մոդելները (GCM) լայնորեն օգտագործվում են անցյալի կլիմայական փոփոխությունները հասկանալու և փոփոխվող պայմաններին կլիմայական համակարգի ապագա հնարավոր արձագանքները բացահայտելու համար: Կարո՞ղ է փոփոխություն տեղի ունենալ կարճ ժամանակահատվածում, օրինակ՝ մեկ տասնամյակի կամ մեկ դարի ընթացքում: Արդյո՞ք փոփոխություններին կնախորդի այնպիսի երևույթներ, ինչպիսիք են, օրինակ, Էլ Նինյոյի հաճախականության աճը և դրանց միջամտությունը Խաղաղ օվկիանոսի արևմտյան տաք ջրերում՝ ուղղված դեպի Հարավային Ամերիկա։ Որո՞նք են բևեռ ջերմության փոխանցման տարբեր մեխանիզմները, որոնք կարող են ապահովել կլիմայի այլ վիճակների էությունը: Այս և շատ այլ հարցեր մատնանշում են կլիմայի ժամանակակից հետազոտությունների բարդությունը: Պարզ պատճառահետևանքային բացատրությունները սովորաբար ձախողվում են այս ասպարեզում: Բարդ համակարգչային մոդելները գործնականում միակ հասանելի գործիքներն են, ուստի դրանք սովորաբար օգտագործվում են կլիմայի և գլոբալ դինամիկայի վերաբերյալ պնդումներն ապացուցելու համար:

ընթացքում և 20 տարի կլիմայի մոդելավորողներն օգտագործում են Մթնոլորտային հետազոտությունների ազգային կենտրոնի (NCAI) հանրային կլիմայի մոդելի (MOC1) որոշ տարբերակներ: MOK1-ը, որն արտադրվել է 1987 թվականին, օգտագործվել է մեծ սերիական սուպերհամակարգիչների վրա։ Այժմ այս հետազոտողներից շատերը օգտագործում են MOK2-ը, քայլ առաջ, որի կարևորությունը բնութագրվում է որպես մեկ այլ մոլորակից երկիր տեղափոխություն: Այս քայլը մոտավորապես համապատասխանում է մեծ, ընդհանուր հիշողության, զուգահեռ, վեկտոր համակարգիչների ժամանումին, ինչպիսիք են.խեցգետին YMP. Զուգահեռ համակարգիչները թույլ են տալիս ավելի մանրամասն կլիմայի մոդելավորում: Մոդելներում ֆիզիկական գործընթացների հավասարակշռության մանրամասն ուսումնասիրությունը մոտենում է դիտարկվող դիրքին մանրամասների մոդելավորման աճով և ֆիզիկայի կողմից նկարագրվածի նկատմամբ վստահության հասնելով:

Մթնոլորտային կլիմայի ժամանակակից մոդելները շատ լավ նկարագրում են համաշխարհային շրջանառության որակական կառուցվածքը։ Էներգիայի փոխանցումը տաք հասարակածային շրջաններից սառը բևեռներ և ընդհանուր քամիների բաժանումը մասերի վերարտադրվում են սիմուլյացիաներում և՛ որակապես, և՛ քանակապես: Հեդլի արևադարձային քամին, միջին լայնության Ֆերելի քամիները և ռեակտիվ հոսքերը լավ համընկնում են դիտարկումների հետ: Սրանք մթնոլորտային շրջանառության հիմնական օրինաչափություններն են, որոնք զգացվում են երկրի մակերեսին, ինչպիսիք են հանգիստ շերտերը, առևտրային քամիները, միջին լայնության արևմտյան քամիները և բևեռային բարձրությունները:

Մոդելների՝ ներկայիս կլիման վերարտադրելու ունակությունը վստահություն է ստեղծում դրանց ֆիզիկական վավերականության նկատմամբ: Այս հայտարարությունը, սակայն, հիմք չէ ապագա կլիմայի կանխատեսման համար մոդելներ օգտագործելու համար։ Մոդելների օգտագործման մեկ այլ կարևոր ապացույց էր դրանց կիրառումը նախկին կլիմայական ռեժիմներում: ՄՕԿ NCAI-ն օգտագործվել է Երկրի ուղեծրի փոփոխության պատճառով հյուսիսում ամառային արեգակնային ճառագայթման աճի հետևանքով առաջացած կլիմայական ազդեցությունները մոդելավորելու համար: Հետևանքներից մեկը երկրագնդի ջերմաստիճանի բարձրացումն էր, որն ավելի ինտենսիվ մուսոններ առաջացրեց: Երկրի ուղեծրի փոփոխությունների հետևանքով արևային ճառագայթման ավելացումը կամ նվազումը այն պայմանների առաջարկվող պատճառն է, որն ապահովում էր անցյալ ժամանակաշրջանների կլիման: Ըստ NCAI-ի Շտեֆան Շնայդերի, «Համակարգչային մոդելների կարողությունը վերարտադրելու տեղական կլիմայական արձագանքները արեգակնային ճառագայթման փոփոխություններին, որոնք առաջանում են Երկրի ուղեծրի տատանումների պատճառով, հիմք է տալիս վստահության համար այս մոդելների հուսալիությունը՝ որպես ապագա կլիմայական ազդեցությունները կանխատեսելու գործիքներ: ջերմոցային էֆեկտի ավելացում»:

ՄՕԿ 2, NCAI-ի կողմից մշակված մի շարք կլիմայական մոդելների վերջին կոդը, արտացոլում է վերը նկարագրված ֆիզիկական գործընթացների բարդ փոխազդեցությունը: Հարմար է համալսարանական և արդյունաբերական հետազոտությունների օգտագործողների համար՝ այս կլիմայական մոդելը նմանակում է կլիմայական համակարգի ժամանակի փոփոխվող արձագանքը արևային ջերմության և ծովի մակերևույթի ջերմաստիճանի ամենօրյա և սեզոնային փոփոխություններին:Անցած 10 տարիների ընթացքում և տեսանելի ապագայի համար այս մոդելները հիմք են հանդիսանում կլիմայական հետազոտությունների և սցենարների փորձարկման լայն տեսականի, որոնք օգտագործվում են ազգային էներգետիկ և բնապահպանական քաղաքականության որոշումներում:

Համաշխարհային շրջանառության մոդելներում օգտագործվող զուգահեռ հաշվարկներ

Համակարգչային տեխնոլոգիաների առաջընթացը ողջունվել է կլիմայի հետազոտողների կողմից, քանի որ երկարաժամկետ կլիմայի սիմուլյացիաները կարող են ամիսներ պահանջել հաշվողական ժամանակի ավարտին: Գերհամակարգիչների վերջին սերունդը հիմնված է զուգահեռության գաղափարի վրա։ Intel Paragon XP/S 150-ը կարող է լուծել մեկ բարդ խնդիր՝ օգտագործելով 2048 պրոցեսորների համակցված արագությունը: Այս համակարգիչը տարբերվում է մյուս գերհամակարգիչներից նրանով, որ յուրաքանչյուր պրոցեսորի հիշողությունը հասանելի չէ մյուս պրոցեսորներին։ Նման համակարգը կոչվում է բաշխված հիշողություն, այլ ոչ թե ընդհանուր հիշողություն: Համակարգչային այս դիզայնը թույլ է տալիս հսկայական զուգահեռականություն կիրառել առաջադրանքների վրա, սակայն բարդացնում է հաշվարկների ձևակերպումը:

ՄՕԿ 2-ն օգտագործվում է գրեթե բացառապես զուգահեռ սուպերհամակարգիչներում։ Հաշվարկային մեծ պահանջները և մոդելի կողմից ստեղծվող ելքային տվյալների մեծ ծավալը բացառում են դրանց արդյունավետ օգտագործումը աշխատանքային կայանների դասի համակարգերում: MOC2-ում դինամիկայի ալգորիթմի հիմքը հիմնված է գնդաձև երանգների, մաթեմատիկոսների և ֆիզիկոսների սիրելի գործառույթների վրա, որոնք պետք է ֆունկցիաները որպես արժեքներ ներկայացնեն ոլորտի մակերեսին: Մեթոդը փոխակերպում է ոլորտի տվյալները կոմպակտ, ճշգրիտ ներկայացման: Երկրի մակերևույթի վրա 128x64 կետանոց ցանցի տվյալները կարող են ներկայացվել 8192-ի փոխարեն 882 թվերի (գործակիցների) միջոցով: Այս մեթոդը երկար ժամանակ գերիշխում էր եղանակի և կլիմայի մոդելների մեթոդի ընտրության մեջ՝ շնորհիվ գնդաձև ներդաշնակության ճշգրտության: ներկայացումը և փոխակերպումը հաշվարկելու համար օգտագործվող մեթոդների արդյունավետությունը: Փոխակերպումը «գլոբալ» մեթոդ է այն իմաստով, որ ներդաշնակության գործակիցը հաշվարկելու համար տվյալներ է պահանջում ամբողջ աշխարհից: Բաշխված հիշողության զուգահեռ համակարգիչներում այս հաշվարկները պահանջում են հաղորդակցություն բոլոր պրոցեսորների միջև: Քանի որ զուգահեռ համակարգչում հաղորդակցությունը թանկ է, շատերը կարծում էին, որ փոխակերպման մեթոդն իր օրերն անցել է։

ORNL-ի հետագա հետազոտությունները գտել են հաշվարկները կազմակերպելու եղանակներ՝ հնարավորություն տալու կլիմայական մոդելին աշխատել հսկայական զուգահեռ համակարգիչների վրա:

Մինչ ORNL հետազոտողները ներգրավված էին, մոդելների զուգահեռությունը սահմանափակվում էր ընդհանուր հիշողության պարադիգմով, որն օգտագործում էր ընդամենը մի քանի պրոցեսոր՝ 1-ից մինչև 16: Սպեկտրային փոխակերպման համար անհրաժեշտ գլոբալ միացման պատճառով, բաշխված հիշողության զուգահեռ համակարգիչները խոստումնալից չէին թվում: Այնուամենայնիվ, ORNL-ի հետագա հետազոտությունները գտել են հաշվարկները կազմակերպելու եղանակներ՝ ամբողջովին փոխելով մեր տեսակետը և հնարավոր դարձնելով MOC2-ի ներդրումը հսկայական զուգահեռ համակարգիչների վրա:

Մեր հետազոտությունը հայտնաբերել է մի քանի զուգահեռ ալգորիթմներ, որոնք պահպանում են փոխակերպման մեթոդը մրցունակ նույնիսկ այն դեպքում, երբ ORNL-ն օգտագործում է բազմաթիվ պրոցեսորներ, ինչպիսիք են Intel Paragon XP/S 150-ը: Ամբողջական MOK2 կլիմայական մոդելը մշակվել է այս զուգահեռ համակարգչի համար ORNL-ի, Argonne ազգային լաբորատորիայի և NCAI-ի հետազոտողների համագործակցությամբ: Այն ներկայումս օգտագործվում է ORNL-ի Համակարգչային գիտության և մաթեմատիկայի դեպարտամենտի կողմից՝ որպես հիմք՝ զուգակցված օվկիանոս-մթնոլորտային կլիմայի մոդելի մշակման համար՝ Առողջապահության և շրջակա միջավայրի հետազոտությունների դեպարտամենտի հովանավորությամբ:

Զուգահեռ համակարգիչների նոր սերնդի կողմից առաջարկվող հաշվողական հզորության աճով շատ հետազոտողներ ձգտում են բարելավել կլիմայական մոդելը:

Զուգահեռ համակարգիչների նոր սերնդի կողմից առաջարկվող հաշվողական հզորության աճով շատ հետազոտողներ ձգտում են բարելավել մոդելները՝ կապելով օվկիանոսն ու մթնոլորտը: Մոդելավորման այս ուշագրավ առաջընթացը մեզ մեկ քայլ ավելի մոտեցնում է կլիմայական համակարգի ամբողջական մոդելին: Այս տեսակի ներկառուցված մոդելով կբացվեն կլիմայի ուսումնասիրության բազմաթիվ ոլորտներ: Նախ, Երկրի վրա ածխածնի ցիկլը մոդելավորելու բարելավված մեթոդ կլինի: Օվկիանոսային և ցամաքային գործընթացները (օրինակ՝ անտառները և հողերը) հանդես են գալիս որպես մթնոլորտային ածխածնի կուտակման աղբյուրներ և վայրեր: Երկրորդ, մթնոլորտային մոդելների ընդգրկումը բարձր լուծաչափով, պտտվող օվկիանոսի մոդելներով գիտնականներին հնարավորություն կտա դիտարկել կլիմայի կանխատեսման մինչ այժմ անհասկանալի հարցերը: Մոդելները ցույց կտան օվկիանոս-մթնոլորտ փոխազդեցության բնորոշ վարքագիծը: Էլ Նինյոն միայն փոխազդեցության ռեժիմներից մեկն է: Այս ռեժիմների հայտնաբերումն ու ճանաչումը կօգնի ստանալ կլիմայի կանխատեսման խնդրի բանալին։

Մեր մոդելները կարող են օգտագործվել՝ կանխատեսելու մթնոլորտի վրա հակազդող մթնոլորտային ազդեցությունների՝ ինչպես արհեստական, այնպես էլ բնական, տաքացումը «ջերմոցային էֆեկտի» և սառեցման՝ սուլֆատային աերոզոլների պատճառով: Օգտագործելով Intel-ի, IBM SP2-ի կամ Cray Research T3D, հետազոտողները պետք է քայլ առ քայլ առաջ տանեն բնական գործընթացների և մարդկային գործունեության միջև բարդ փոխկախվածությունը հասկանալու համար, ինչպիսիք են հանածո վառելիքի այրումը և մեր երկրային տան կլիման:

Կլիմայի մոդելը կլիմայական համակարգի մաթեմատիկական մոդելն է։

Կլիմայական համակարգի մոդելը պետք է ներառի իր բոլոր տարրերի և նրանց միջև փոխհարաբերությունների պաշտոնական նկարագրությունը: Հիմքը թերմոդինամիկական կառուցվածքն է, որը հիմնված է պահպանման օրենքների մաթեմատիկական արտահայտությունների վրա (շարժ, էներգիա, զանգված, ինչպես նաև ջրային գոլորշիներ մթնոլորտում և քաղցրահամ ջուր օվկիանոսում և ցամաքում): Կլիմայական մոդելի այս մակրոբլոկը հնարավորություն է տալիս հաշվի առնել դրսից էներգիայի ժամանումը և հաշվարկել մոլորակի կլիմայի արդյունքում ստացված վիճակը։

Ջերմոդինամիկական պրոցեսների մոդելավորումը անհրաժեշտ, բայց ոչ բավարար պայման է կլիմայական ռեժիմի ամբողջական վերարտադրումն ապահովելու համար։ Կարևոր դեր են խաղում որոշ քիմիական գործընթացներ և երկրաքիմիական շփումներ կլիմայական համակարգի տարրերի միջև։ Միևնույն ժամանակ, նրանք խոսում են ցիկլերի կամ ցիկլերի մասին. սա ածխածնի ցիկլ է օվկիանոսում, թթվածնի (և այլք՝ քլոր, բրոմ, ֆտոր, ջրածին) օզոնային ցիկլեր ստրատոսֆերայում, ծծմբի ցիկլ և այլն։ Հետևաբար, կարևոր է։ Կլիմայական մոդելում տեղը պետք է զբաղեցնի կլիմայական նշանակություն ունեցող քիմիական գործընթացների մակրոբլոկը:

Կլիմայական համակարգի երրորդ մակրոբլոկը պետք է ներառի կլիմայի ձևավորման գործընթացները, որոնք ապահովվում են ցամաքում և օվկիանոսում կենդանի օրգանիզմների գործունեության արդյունքում: Այս հիմնական օղակների սինթեզը պետք է կազմի իդեալական կլիմայական մոդել:

Մոդելները պետք է ստեղծվեն՝ հաշվի առնելով կլիմայի ձևավորման գործընթացների բնորոշ ժամանակը: Ցանկացած ժամանակային մասշտաբով աշխատելու ունակ միասնական մոդել ստեղծելը, եթե ոչ անհնար, ապա առնվազն աննպատակահարմար է հաշվողական ծախսերի առումով: Ուստի ընդունվել է որոշակի մասշտաբի կլիմայական գործընթացների նկարագրման մոդելների ստեղծման պրակտիկան։ Մոդելավորման համար ընտրված սանդղակից դուրս դանդաղ գործընթացների կողմում օգտագործվում են մշտական ​​սահմանային պայմաններ և պարամետրեր (կարծիք կա, որ փոփոխությունները չափազանց դանդաղ են՝ համեմատած ուսումնասիրվողների հետ): Ավելի փոքր մասշտաբների կողմից ենթադրվում է, որ տեղի են ունենում «արագ» պատահական տատանումներ, որոնց մանրամասն նկարագրությունը կարող է փոխարինվել արդյունքում ստացված էֆեկտների վիճակագրական հաշվառմամբ (օրինակ՝ միջին վիճակների գրադիենտների միջոցով, ինչպես ընդունված է կիսամյակում - տուրբուլենտության էմպիրիկ տեսություն):

Իդեալական մոդելի հիմքում ընկած ընդհանուր սկզբունքները կարող են իրականացվել ամբողջականության տարբեր աստիճաններով: Այսպիսով, ժամանակակից մոդելներում կենսաբանական ազդեցությունները և քիմիական գործընթացները չափազանց մասնատված են: Սա մասամբ պայմանավորված է նրանով, որ մոդելներ են մշակվել՝ կենտրոնանալով կլիմայի կարճաժամկետ փոփոխությունների ուսումնասիրության վրա, երկարաժամկետ (օրինակ՝ երկրաքիմիական) ազդեցությունները դիտարկելիս դրանք կարող են բնութագրվել մի շարք հաստատուններով: Ուստի ժամանակակից կլիմայական մոդելները, առաջին հերթին, թերմոդինամիկական մոդելներ են։ Որոշ դեպքերում դրանց ավելացվում են քիմիական կամ կենսաբանական բլոկներ՝ հետադարձ կապի սահմանափակ քանակով:

Թերմոդինամիկական մոդելներն իրենց հերթին մեծապես տարբերվում են գործընթացների նկարագրության մեջ մանրամասնության աստիճանով։ Ոմանք հիմնված են պարզեցված արտահայտությունների վրա, մյուսները օգտագործում են հիմնական ֆիզիկական օրենքները գրելու «ամբողջական» մաթեմատիկական ձևեր: Համապատասխանաբար, յուրաքանչյուր մոդել կարող է ներկայացվել որպես որոշակի ալգորիթմների հավաքածու, որոնցից մի քանիսն ունեն հստակ մաթեմատիկական և ֆիզիկական հիմնավորում (և այս տեսանկյունից այն անթերի է), իսկ մյուս մասը՝ ֆենոմենոլոգիական, իմիտացիոն բնույթի։ Սրանք այսպես կոչված պարամետրացումներն են։

«Ամբողջական» և պարզեցված մոդելների տարբերությունները դրսևորվում են նրանով, որ առաջիններն ունեն ավելի հարուստ ֆիզիկական բովանդակություն։ Դրա շնորհիվ հետադարձ կապերի շրջանակը, որոնք ավտոմատ կերպով իրականացվում են ամբողջական համակարգում, ավելի լայն է: Պարզեցված մոդելներում անհրաժեշտ հետադարձ կապերը պետք է «ձեռքով մտցվեն», այսինքն՝ հարկադրաբար, հաճախ առանց խորը հիմնավորման, որոշ կախվածություններ ավելացվում են հավասարումներին: Այս տեսակի ընթացակարգերը նվազեցնում են մոդելավորման արժեքը, քանի որ հետադարձ կապի մոդելի արհեստական ​​պարտադրումը իրականում կանխորոշում է մոդելավորման արդյունքը ապրիորի: Բացի այդ, նշված հարաբերությունները միշտ այս կամ այն ​​ձևով են հիմնված կլիմայի ներկայիս վիճակի մասին տեղեկատվության վրա, և այլ կլիմայական պայմանների անցնելիս երաշխավորված չէ, որ նման շինարարությունը հուսալի արդյունքներ կտա: Հետևաբար, մոդելների կատարելագործումը ինքնանպատակ չէ, այլ գործող մեխանիզմների ֆիզիկապես ավելի ամբողջական վերարտադրելիության միջոց:

Այնուամենայնիվ, հնարավոր կլինի ամբողջությամբ հրաժարվել էֆեկտների առաջադրանքից միայն իդեալական մոդելում: Ժամանակակից մոդելները չեն ներառում կարևոր կենսաբանական և քիմիական ազդեցությունները, որոնք պետք է պարամետրացված լինեն:

Չնայած «ամբողջական» մոդելների թվացյալ ակնհայտ առավելությունին, պարզեցված մոդելները շարունակում են օգտագործվել և մշակվել: Դա պայմանավորված է հետևյալ պատճառներով. Նախ, այսպես կոչված «ամբողջական» մոդելները իրականում, ինչպես արդեն նշվեց, հեռու են ամբողջական լինելուց, դրանցում ներառված որոշ պարամետրացումներ շատ կոպիտ են, մասնավորապես, առանձին բլոկների անկատարությունը որոշում է մոդելի անկատարությունը որպես ամբողջություն: Երկրորդ, պարզեցված մոդելներն ավելի պարզ են, դրանց գործնական իրականացումը շատ, սկզբունքորեն ավելի հեշտ է, քան «լիարժեք» մոդելները: Նրանք պահանջում են համակարգիչների ավելի ցածր (մեծության կարգերով!) արագություն և, հետևաբար, հնարավոր է երկարաժամկետ համակարգչային փորձեր կատարել, նախնական հաշվարկներ կատարել և պարամերացման նոր սխեմաներ փորձարկել: Չորրորդ, պարզեցված մոդելները տալիս են շատ ավելի պարզ և հեշտ մեկնաբանվող արդյունքներ, քան «ամբողջական» մոդելները: Արդյունքների այս «թափանցիկությունը» երբեմն հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել ցանկացած անհատական ​​էֆեկտ՝ օգտագործելով պարզեցված մոդել. և այլն:

Եթե ​​կլիմայական մոդելները դասակարգենք ըստ նրանց ֆիզիկական ամբողջականության աստիճանի, և միևնույն ժամանակ, ըստ բարդության, ինչպես նաև ըստ համակարգչային ռեսուրսների աճող պահանջների (արագություն, փոխարժեք արտաքին սարքերով), ապա այսպես կոչված. Budyko-Sellers տիպի մոդելները կլինեն ամենապարզը, այնուհետև «միջանկյալ բարդության» մոդելները և, վերջապես, կլիմայական մոդելների ամբողջական մոդելները:

Բոլոր մոդելները, նախքան կլիմայի փոփոխության ախտորոշման և կանխատեսման նպատակով կիրառվելը, անցնում են վավերացման փուլ: Այն բաղկացած է ստուգումից, թե արդյոք մոդելները, հաշվի առնելով մի շարք պարամետրեր, որոնք համապատասխանում են կլիմայի ձևավորման գործոնների ներկա վիճակին, ի վիճակի են արդյոք համապատասխան կերպով վերարտադրել ներկայիս կլիման իրականում: Եթե ​​դա կատարվի բավական հաջող, ապա մենք կարող ենք վիճել հետևյալ կերպ. եթե մոդելը ի վիճակի է ճիշտ արձագանքել արտաքին պայմանների տվյալ (պատահական, ընդհանուր առմամբ) մի շարքին, ապա այն նույնքան հաջողությամբ կվերարտադրի մեկ այլ շարքին համապատասխանող պայմանները։ պարամետրերի։ Բնականաբար, այս պայմանը հնարավոր կլինի միայն այն դեպքում, եթե մոդելը ենթադրվի ամբողջական, այսինքն՝ զուրկ թյունինգային պարամետրերից և կապերից:

Էներգետիկ հաշվեկշռի մոդելները (Budyko-Sellers տիպի մոդելները) հիմնված են կլիմայական համակարգի էներգետիկ բյուջեի հավասարման պարզեցված արտահայտության վրա, որտեղ միայն մեկ մեծություն՝ ջերմաստիճանը, գործում է որպես անհայտ մեծություն: Այս տեսակի մոդելների հիման վրա առաջին անգամ ցուցադրվել է ջերմային ռեժիմի և մակերեսային ալբեդոյի միջև հետադարձ կապի արդյունավետությունը: Գոյություն ունեն մոդելների միաչափ (ջերմաստիճանի կախվածությամբ լայնությունից) և երկչափ (լայնություն և երկայնություն) տարբերակները։

Ակնհայտ են միջանկյալ բարդության մոդելների դրական կողմերը: Նրանք հատուկ պահանջներ չեն դնում համակարգչային տեխնիկայի վրա, և, հետևաբար, կարող են օգտագործվել երկարաժամկետ փորձեր կատարելու համար. ստացված արդյունքները, ինչպես ցանկացած «պարզ» մոդելի դեպքում, բավական պարզ են մեկնաբանության համար: Թերությունները նույնպես հասկանալի են. հիմնարարն այն է, որ հստակություն չկա, թե արդյոք պարզեցված մոդելները կարող են վերարտադրել կլիման այլ, ժամանակակից, կլիմայական ձևավորման պայմաններից տարբերվող այլ պայմաններում։

Մոդելների մշակման հաջորդ քայլը մթնոլորտի այսպես կոչված ընդհանուր շրջանառության մոդելներն են։ Այս անվանումը վերագրվում է գլոբալ եռաչափ մոդելներին, որոնք հիմնված են այսպես կոչված թերմոհիդրոդինամիկայի ամբողջական հավասարումների վրա։ AGCM-ի տարածական լուծաչափը մոտավորապես 200x200 կմ լայնության և երկայնության և մոտ 20 մակարդակից մինչև ~30x30 կմ և մթնոլորտում 60 մակարդակ է: Արդեն 1990-ականներին ձեռք բերվեց ըմբռնում AOGCM-ի օպտիմալ կառուցվածքի մասին, որը կվտանգի մոդելավորման խնդիրները և համակարգչային տեխնոլոգիայի ռեսուրսները:

Կլիմայի մոդելների բարելավումը հետևում է օվկիանոսի մոդելավորման բարելավման ճանապարհին: Արդեն հայտնվում են առաջին մի քանի տասնյակ կիլոմետրանոց լուծաչափով մոդելներ՝ մի քանի տասնյակ ուղղահայաց մակարդակներով, որոնք ունեն մոդելների համար ամենակարևոր հատկությունը՝ օվկիանոսում պտտվողները, հիմնական շրջանառությունը և էներգիա կրող կազմավորումները, ինքնաբերաբար վերարտադրվում են դրանցում, առանց պարամետրերի օգտագործման:

Հողաբլոկի զարգացումը ընթանում է հիդրոլոգիական պրոցեսների մանրամասն նկարագրության և հողի և մթնոլորտի միջև ջերմության ու խոնավության փոխանակման ճանապարհով՝ հաշվի առնելով բուսածածկույթի դերը: Որոշ դեպքերում, կախված մոդելների կողմնորոշումից, AGCM-ին կցվում են մայրցամաքային սառցադաշտի դինամիկայի բլոկներ:

Մոդելների հետագա զարգացումը ներառում է մոդելավորված դաշտերի մանրամասնության հետագա աճ: Սա պահանջում է ֆիզիկոսների, մաթեմատիկոսների և ժամանակակից համակարգիչների ճարտարապետության մասնագետների համատեղ ջանքերը: Ընդհանրապես, պարզ չէ, թե արդյոք դա կհանգեցնի մոդելի ցանկալի ֆիզիկական «ամբողջությանը», մոտարկմանը իդեալականին, քանի որ. Անմիջապես նոր խնդիրներ են առաջանում գործընթացների հաջորդ, ավելի խորը դիտարկման համար, դիտորդական տվյալների ցանցի խնդրի անբավարարությունը և այլն: Այսպիսով, Ռեյնոլդսի հավասարումներից հիմնարար անցումը, որոնք օգտագործվում են լայնածավալ դինամիկան նկարագրելու համար, դեպի Նավիեր-Սթոքսի հավասարումներ: կառաջացնի նոր խնդիրներ, մասնավորապես կպահանջվի մանրամասն տեղեկատվություն մոլեկուլային մածուցիկության գործակցի տարածական բաշխման մասին և այլն։