Физико-математическая модель взаимодействия поверхности суши с атмосферой SWAP и ее
реклама
Физико-математическая модель взаимодействия поверхности суши с атмосферой SWAP и ее приложение к решению гидрологических и экологических задач Авторы: Е.М.Гусев О.Н.Насонова Цель доклада - показать возможности физико-математических моделеи SWAP, воспроизводящей радиационный, тепловой, водный и углеродный обмен (в их взаимосвязи) в геофизических объектах различных пространственных масштабах и находящихся в различных природных условиях *), для решения ряда задач, связанных с динамикой окружающей среды *) в международной литературе подобные модели относятся к классу так называемых LSM- моделей – Land Surface Models Используемый метод LSM – моделей Физико-математическое моделирование процессов тепло- массообмена в системе «почва – растительный/снежный покров – атмосфера» Land surface model SWAP ( Soil Water - Atmosphere – Plants ) Система почва – растительный/снежный покров атмосфера Soil - Vegetation - Atmosphere - System Атмосферная циркуляция Гидрологический цикл Солнечное излучение Тепловое излучение Земли Циркуляция биоэлементов Часть литературы по модели SWAP «Право, печатной бумаги развелось столько, что не придумаешь скоро, что бы такое завернуть в нее». Н.В.Гоголь. ВЕЧЕРА НА ХУТОРЕ БЛИЗ ДИКАНЬКИ Gusev Ye.M., Nasonova O.N. The land surface parameterization scheme Swap: description and partial validation. Global and Planetary Change. 1998. Vol.19, N 1-4, pp.63-86. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Опыт моделирования процессов тепловлагообмена на поверхности суши в региональном масштабе // Водные ресурсы. 2000. Т.27, № 1, с.32-47. Gusev Ye.M., Nasonova O.N. An experience of modelling heat and water exchange at the land surface on a large river basin scale // Journal of Hydrology. 2000. Vol.233, N 1-4, pp.1-18. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Параметризация процессов тепловлагообмена в системе “грунтовые воды - почва растительный / снежный покров - атмосфера” для территорий с четко выраженной сезонной изменчивостью климата // Почвоведение. 2000. № 6, с.733-748. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Параметризация процессов тепловлагообмена в бореальных лесных экосистемах // Известия АН. Физика атмосферы и океана. 2001. Т. 37. № 2. С. 182-200. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Бусарова О.Е. Параметризация тепло- и влагообмена на поверхности суши для территорий с умеренным континентальным климатом // Водные ресурсы. 2002. Т. 29. № 1. С. 107-119. Gusev Ye.M. Nasonova O.N. The simulation of heat and water exchange at the land-atmosphere interface for the boreal grassland by the land-surface model SWAP. Hydrological Processes. 2002. Volume 16, № 10, pp. 1893-1919. Gusev Yeugeniy M. and Nasonova Olga N. The simulation of heat and water exchange in the boreal spruce forest by the land-surface model SWAP // Journal of Hydrology, Volume 280, Issues 1-4, September 2003, Pages 162-191. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Проблемы изучения и моделирования тепло- и влагообмена в системе почва растительный и (или) снежный покров - приземный слой атмосферы // Водные ресурсы. 2004. Т. 31. № 2. С. 148-164. Гусев Е.М.Б Насонова О.Н., Моханти Б.П. Оценка радиационного, теплового и водного обмена степных экосистем с атмосферой на основе модели SWAP // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2004, том 40, №3, с.330-346. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Моделирование процессов тепловлагообмена суши с атмосферой в локальном масштабе для территорий с многолетней мерзлотой // Почвоведение. 2004, №9, с. 1077-1092. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Джоган Л.Я. Моделирование процессов теплового, водного и углеродного обмена в экосистеме соснового леса. Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2005. Том 41, №2, стр.227-241. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Джоган Л.Я. Моделирование стока на малых водосборах в зоне многолетней мерзлоты на основе модели SWAP // Водные ресурсы. 2006, №2, стр.133-145. Моделирование составляющих теплового и водного балансов поверхности суши земного шара // Водные ресурсы. 2006. № 6, с.664-676. Гусев Е.М., Насонова О.Н., Джоган Л.Я., Ковалев Е.Э. Использование модели взаимодействия подстилающей поверхности суши с атмосферой для расчетов речного стока в высоких широтах. Водные ресурсы. 2008. Т.35, №2. С.181-195. И Т.Д. Основные особенности модели SWAP Структура системы “почва – растительный / снежный покров – приземный слой атмосферы” Почва Задача формирования теплового режима: Задача формирования водного режима: Снежный покров Задача формирования водного и теплового режимов Растительность Задача формирования водного, теплового режимов и углеродного режима Приземный слой атмосферы Основные уравнения Уравнения сохранения (баланса) Уравнения переноса Уравнения состояния Граничные условия Начальные условия Расчетные методы преимущественно аналитические по пространству численные по времени 1 – 3 слоя 3 – 4 слоя 1 слой 1 – 2 слоя 1 слой Схематизация формирования теплового баланса в SVAS в летний и зимний периоды года. RS и RL - соответственно приходящие на верхнюю границу крон потоки коротковолновой и длинноволновой радиации, RL,f - длинноволновое излучение древесного яруса в направлении подстилающей поверхности, RL,s - длинноволновое излучение подстилающей поверхности, RS,s - отраженная поверхностью солнечная радиация, RL,f - длинноволновое излучение древесного яруса в атмосферу, RS,f отраженная кронами радиация, Hf и Ef - соответственно вертикальные турбулентные потоки тепла и водяного пара, генерируемые кронами деревьев; Hs и Hsf - турбулентные потоки явного тепла под пологом леса, характеризующие соответственно теплообмен с атмосферой и фитоэлементами древесного яруса; G поток тепла в почву от подстилающей поверхности; lEC , lwET , lEs , l IсMf , l IсMs - затраты тепла на испарение перехваченных осадков, транспирацию, снега, на таяние снега на деревьях, на таяние снежного покрова под пологом леса, соответственно (l = l Iс+ l w - удельная теплота сублимации, равная сумме значений удельной теплоты плавления льда l Iс и удельной теплоты испарения воды l w). ЛЕТО ЗИМА Схематизация формирования водного баланса в системе “почва – растительный / снежный покров – атмосфера” в летний и зимний периоды года. P - атмосферные осадки, ET - транспирация; ES - испарение воды почвой; EC - испарение осадков, перехваченных растительным покровом; Esn - испарение снега; I - впитывание воды в почву; Ys - поверхностный сток; YG - сток грунтовых вод, Yf – водоотдача снега на кронах деревьев. ЛЕТО ЗИМА влагозапасы UPSCALING ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Гидрометеорологические данные Tair Приповерхностная температура воздуха (на 2 м) Qair Приповерхностная удельная влажность воздуха (на 2 м) Wind Приповерхностная скорость ветра (на 10 м) SWdown Приходящая коротковолновая радиация LWdown Приходящая длинноволновая радиация Psurf Приповерхностное давление воздуха Rainf Интенсивность жидких осадков Rainf_C Интенсивность конвективных жидких осадков Snowf Интенсивность твердых осадков Параметры растительного покрова VegClass Класс растительного покрова LAI Относительная площадь листьев (Total LAI) vegFrac Доля площади, занятая растительностью grnFrac Доля зеленых листьев (green LAI / Total LAI) classFrac Доля каждого класса растительного покрова Z0Surf Параметр шероховатости DisplH Высота слоя вытеснения Albedo Альбедо поверхности в отсутствии снега RootDepth Толщина корнеобитаемой зоны (зоны, где сосредоточено 95% корневой биомассы) Rs_min Mинимальное устьичное сопротивление SoilClass Тип почвы по мехсоставу SoilDepth Глубина почвенной колонки Clay Почвенные параметры: Clay fraction Sand Sand fraction Silt Silt fraction Organic Доля органики W_fieldcap Наименьшая влагоемкость W_wilt Влажность завядания W_sat Пористость W_bpower Степенной показатель B W_sat_hydc Коэффициент фильтрации W_sat_matp Потенциал почвы при насыщении Albedo_vi Albedo_ir Альбедо почвы в видимом диапазоне Альбедо почвы в инфракрасном диапазоне Основные выходные переменные модели SWAP Гидрологические характеристики - данные о перехвате осадков (жидких и твердых) растительным покровом - снегозапасы, высота и плотность снега - интенсивность снеготаяния или замерзания жидкой воды в снеге, водоотдача снежного покрова - влагозапасы в различных слоях почвенного профиля - уровень грунтовых вод - поверхностный и подземный сток - испарение с почвы, транспирация, испарение задержанных осадков, испарение со снега, суммарное испарение - глубины промерзания и оттаивания почвы Энергетические характеристики - отраженная коротковолновая радиация, длинноволновое излучение подстилающей поверхности - радиационный баланс и радиационная температура подстилающей поверхности, температура почвы и снега - турбулентные потоки явного и скрытого тепла, поток тепла в почву Местонахождение объектов верификации модели SWAP в Европе - речной бассейн, крупный водосбор - малый или средний водосбор, опытная площадка Местонахождение объектов верификации модели SWAP в Северной Америке - малый или средний водосбор, опытная площадка - речной бассейн, крупный водосбор Россия, Валдайская возвышенность Валдайская научно-исследовательская гидрологическая лаборатория Климат умеренно-континентальный Почва подзолистая, средний суглинок Период наблюдений 1966-1983 водосбор лога Таежного площадь водосбор лога Усадьевского площадь 0.36 км2 растительность многолетние травы 0.45 км2 растительность хвойный лес, ельник-кисличник, возраст 80-90 лет Динамика измеренной ( ) и рассчитанной ( ) среднесуточной температуры поверхности снега ( оС) на водосборе лога Усадьевский XII - 1966 I - 1967 0 -10 -20 -30 -40 II - 1967 RMSD =2.9 oC XII - 1967 I - 1968 II - 1968 III - 1967 r = 0.98 Eff=0.84 III - 1968 0 -10 -20 -30 -40 XII - 1968 0 -10 -20 -30 -40 I - 1969 II - 1969 III - 1969 Динамика измеренного ( ) и рассчитанного ( ) испарения (мм/сут) со снежного покрова на водосборе лога Усадьевский 0.4 1970 0 -0.4 I II III -0.8 0.4 1970-1971 0.2 0 -0.2 -0.4 1972 XII I II III 0.6 0.2 -0.2 -0.6 I II III Динамика измеренной ( ) и рассчитанной ( ) водоотдачи снежного покрова (мм/сут) в период весеннего снеготаяния на водосборе лога Усадьевский 50 40 30 20 10 0 III IV 1967 III IV 1968 III IV 1969 III IV 1970 III IV 1971 Динамика измеренного (1) и рассчитаннного (2) стока (мм/сут) с водосбора лога Усадьевского (1978-1981). 1 25 20 15 10 5 0 2 1978 15 10 1979 5 0 25 20 15 10 5 0 1980 25 20 15 10 5 0 1981 J F M A M J RMSD =1.6 мм/сут J A S r = 0.79 Eff=0.67 O N D Динамика измеренных ( ) и рассчитанных ( ) значений снегозапасов S, плотности снега sn и высоты снежного покрова h (лог Таежный) S , мм RMSD = 43 мм 200 r = 0.78 150 100 50 0 sn , кг/м3 400 200 0 400 h , см RMSD = 14 cм 100 r = 0.85 200 50 0 0 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 Измеренные ( ) и рассчитанные ( ) влагозапасы в различных слоях почвы и уровень грунтовых вод (ВНИГЛ, лог Таежный) Влагозапасы почвы, мм в слоях RMSD=11 мм r=0.80 100 0-20 см 50 0 300 0-50 см RMSD=24 мм r=0.77 RMSD=34 мм r=0.82 200 100 0 400 0-100 см 300 200 100 0 Уровень грунтовых вод, м 0 1 2 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 Моделирование тепловлагообмена поверхности суши с атмосферой в районах субтропических степей США, Южные Великие Равнины, Оклахома, «South Grate Plains Hydrology Experiment 1997» Климат субтропический континентальный Растительный покров пастбищные травы Почва средний суглинок Карта-схема района исследований. Динамика рассчитаннных и измеренных различными участниками эксперимента SGP-97 значений радиационного баланса Rn, а также турбулентных потоков скрытого LE и явного H тепла для экспериментальной площадки с травяным покровом в районе Литтл Вашита (35о с.ш., 98о з.д., Оклахома, США) R n, Вт м-2 1000 800 600 400 200 0 -200 0 наблюдение (TM) наблюдение (JN) наблюдение (Сирил) расчет 50 100 150 200 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 250 300 350 400 450 500 LE , Вт м-2 600 400 200 0 0 -200 Н , Вт м-2 600 400 200 0 -200 0 -400 Время (в часах) с 10 июня 1997 года Моделирование тепловлагообмена поверхности суши с атмосферой в районах с многолетней мерзлотой Высокогорный район с многолетней мерзлотой – водосбор ручья Контактовый (красный крест), верняя часть бассейна р.Колымы Колымская воднобалансовая станции (КВС) «Колыма, ты Колыма, ‘ Чудная планета. Двенадцать месяцев зима, Остальное – лето.» / ГУЛАГовский фольклор / Высота: 1000-2000 m Климат: субарктический Зона многолетней мерзлоты Почвы: глинистые, каменнистые осыпи Тип поверхности: каменистые осыпи, редколесье, низкорослый кустарник Водосбор ручья Контактовый (площадь водосбора - 21.2 km2 ) Calibration watershed Validation watershed Параметризация поступающей к поверхности суши длинноволновой радиации для районов высоких широт (характеризующих географический пояс бореальной зоны) Основа расчета: модель формирования приходящей длинноволновой радиации RL: RL RL0 1 aN b , RL0 T 4, где RL0 - приходящая длинноволновая радиация при ясном небе, коэффициент длинноволнового излучения атмосферы при ясном небе (коэффициент “серости”), - постоянная Стефана-Больцмана, N - облачность, T - температура воздуха на 2 м, a и b – эмпирические параметры. GEWEX Asian Monsoon Experiment GAME-Siberia Значения параметров = 0.76, a = 0.126 и b = 3.17 были получены по уникальным данным измерений RL, проводившимся в районе Якутска в 1998-2000 гг. в рамках международного проекта GAME (GEWEX Asian Monsoon Experiment), а также с использованием стандартных метеорологических наблюдений за температурой воздуха и облачностью на близлежащей метеостанции. Сопоставление рассчитанных ( ) и измеренных ( ) значений приходящей длинноволновой радиации в районе г.Якутска LWdown_obs Приходящая длинноволновая среднесуточная радиация, вт м-2 LWdown_cal 500 400 300 200 100 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Номера суток с измерениями радиации Рассчитанные среднесуточные значения приходящей коротковолновой и длинноволновой радиации в районе КВС Приходящая среднесуточная радиация, вт м-2 SWr-daily LWr-daily 400 300 200 100 0 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 Годовой ход измеренных (1) и рассчитанных по модели SWAP (2) средних суточных температур (С) поверхности почвы или снега на метеоплощадке “Нижняя” t0 1 1969 2 20 0 -20 -40 -60 1970 20 0 -20 -40 -60 1971 20 0 -20 -40 -60 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Месяцы Многолетняя динамика смоделированных (1, 2, 5) и измеренных (3, 4, 6) на метеоплощадке “Нижняя” значений глубин промерзания (1, 3) и оттаивания от (2, 4) почвы, а также высоты снежного покрова h (5, 6). 1 h , см 2 3 4 5 6 100 50 0 0 50 100 150 1969 1970 1971 1972 200 1973 от , см 250 h , см 100 50 0 0 50 100 150 1974 1975 1976 1977 1978 200 250 от , см Динамика смоделированных (1) и измеренных (2) на метеоплощадке “Нижняя” месячных значений суммарного испарения. E , мм/мес 60 50 40 30 20 10 0 -10 1 2 IV VIII 1973 XII IV VIII 1974 XII IV VIII 1975 XII IV VIII 1976 XII IV VIII 1977 XII IV VIII 1978 XII Деление исследуемого водосбора руч.Контактовый на частные водосборы. Гидростворы: А – Контактовый-Нижний, Б – Встреча, В – Контактовый-Средний. Сопоставление гидрографов смоделированных и измеренных суточных слоев стока R (мм) в гидростворах руч. Встреча, Контактовый-Средний и Контактовый-Нижний д) 15 Руч.Встреча 10 RMSE= 1.02мм наблюдение расчет Eff= 0.57 Corr=0.76 5 0 18 е) Руч.Контактовый Средний 12 RMSE= 1.28мм Eff= 0.53 Corr=0.78 6 0 ж) Руч.Контактовый Нижний 16 12 RMSE= 1.10мм Eff= 0.64 8 4 0 1970 1971 1972 Corr=0.81 Международный проект Rhone-AGG Местонахождение (зеленая часть карты) и cеточная схематизация бассейна р. Роны (площадь: 86996 km2) Рельеф На юго-западе и юго-востоке - горные массивы (высотой до 4000 м в районе французских Альп), остальная часть бассейна равнинная Климат От средиземноморского до умеренно-континентального и альпийского в горных районах Растительность Лиственные и хвойными леса, луговые травы и сельскохозяйственные культуры RMSD= 26.9 см Динамика измеренных ( 1 ) и рассчитанных ( — 2 ) высот снежного покрова на наблюдательных постах во французских Альпах (1986-1989 гг.): · - Пралоньян - Тинь - Нивуаз ле Рошейес r2 = 0.74 bias =1 .6 см Статистические характеристики точности расчета высоты снежного покрова во Французских Альпах различными моделями, участвовавшими в международном эксперименте Rhone-AGG (в среднем за 3 года и по 24 измерительным площадкам) 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 Среднеквадратическое отклонение рассчитанных и измеренных данных (м) RMSE(m) Квадрат коэффициента корреляции R^2 BIAS(m) Систематическое отклонение рассчитанных и измеренных данных (м) SPO NSO R CO LA O RCHIDEE MO SES_RERUN SIBUC O RCHIDEE_RERUN MO SES CO LA_RERUN NO AH MECMWF NSIPP VIC ECMWF SPO NSO R_RERUN VIC_rerun CLASS_RERUN CLASS ISBA VISA -0.6 SWAP SWAP -0.4 Динамика измеренных (1) и рассчитанных (2) расходов воды в замыкающих створах р.Роны, а также ее притоков - р.Соны и р.Ардеш Eff = 0.69 r2 = 0.78 Vc/Vm = 1.097 Eff = 0.50 r2 = 0.64 Vc/Vm = 0.909 Eff = 0.80 r2 = 0.82 Vc/Vm = 0.998 Цель проекта GSWP-2: оценка возможностей получения LSM-моделями глобальных оценок динамики почвенной влажности и температуры, снегозапасов, речного стока, а также вертикальных потоков различных субстанций для 10летнего периода (1986-1995 гг.) при использовании моделями заданных значений гидрометеорологических факторов и стандартной информации по почвам и растительному покрову 5000 4000 3000 Глобальное распределение высоты подстилающей поверхности над уровнем моря, м 2000 1000 0 Пример дискретизации поверхности Земли Пространственное разрешение в проекте GSWP-2 равно 1 градусу и число расчетных ячеек поверхности суши равно 15238 Гидрометеорологические данные Tair Приповерхностная температура воздуха (на 2 м) Qair Приповерхностная удельная влажность воздуха (на 2 м) Wind Приповерхностная скорость ветра (на 10 м) SWdown Приходящая коротковолновая радиация LWdown Приходящая длинноволновая радиация Psurf Приповерхностное давление воздуха Rainf Интенсивность жидких осадков Rainf_C Интенсивность конвективных жидких осадков Snowf Интенсивность твердых осадков Базы данных по осадкам /основа баз данных - ISLSCP II (International Satellite Land-Surface Climatology Project Initiative II )/ GSWP-2 (“The Second Global Soil Wetness Project”)/ Использование «чистого» реанализа: NCEP-DOE (The National Center for Environmental Prediction - Department of Energy) или ERA-40 (ECMWF Re-analysis-40, European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) Гибридизация результатов реанализа с данными наземных наблюдений без введения поправки «на ветер», т.е. обусловленной влиянием ветра на проведение измерений Гибридизация данных реанализа с данными наземных наблюдений с введением поправки «на ветер» Подключение к результатам спутниковых наблюдений гибридизации данных База данных об осадках, использованная в работе Гибридизация результатов реанализа NCEP-DOE с данными наземных наблюдений, учитывающими поправку на ветер, и с подключением к результатам гибридизации данных спутниковых наблюдений База данных по приходящей к поверхности суши коротковолновой и длинноволновой радиации, использованная в работе Для периода с января 1986 г. по октябрь 1995 г. - база данных SRB (Surface Radiation Budget) Получена при реализации проекта GSWP-2 на основе 3-часовых данных по радиации, подготовленных Исследовательским центром НАСА/Лэнгли (NASA/Langley Research Center) Для периода с июня 1982 г. по декабрь 1985 г. для ноября - декабря 1995 г. – гибридизация результатов реанализа NCEP-DOE с климатическими данными, полученными на основе SRB Примеры глобального распределения гидрометеорологических характеристик Глобальное распределение cреднемноголетних осадков (жидких и твердых), мм/год (осреднение за 1986 – 1995 гг.) 80 3000 2000 Latitude , degree 60 1500 40 1000 800 20 600 400 0 200 -20 100 0 -40 -60 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 Longitude , degree 40 60 80 100 120 140 160 180 Глобальное распределение среднемноголетней температуры воздуха, oC 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 Глобальное распределение зоны многолетней мерзлоты (белая зона) 90 Latitude 60 30 0 -30 -60 -180 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 120 150 180 Longitude За южную границу зоны многолетней мерзлоты принято положение среднемноголетней изотермы воздуха с температурой -1 oC Подготовка глобальных банков данных по параметрам подстилающей поверхности Глобальное распределение высоты растительного покрова, м 20 16 12 8 Рассчитанное на основе оценок данной величины, выполненных авторами модели SWAP 4 0 Глобальное распределение среднемноголетних значений относительной площади листьев (LAI) 7 6 5 4 3 2 1 0 В соответствии с данными проекта GSWP-2 Глобальное распределение глубины корнеобитаемой зоны, м 1.4 1.2 1 0.8 0.6 «Гибрид» данных проекта «Тhe International Satellite Land-Surface Climatology Project (ISLSCP), Initiative II» и экспертных оценок авторов модели SWAP 0.4 0.2 0 Полученные результаты моделирования глобального тепло- и влагообмена на поверхности суши Composite mean annual runoff (mm/yr) derived by Fekete et al. (2002) “by combining observed river discharge information with climate-driven water balance model (WBM) outputs” Latitude Модель SWAP (осреднение за 1985-1996 гг.) Latitude Пространственное распределение формирования суммарного стока на суше, мм/год Longitude Пространственное распределение суммарного испарения с поверхности суши Земли, мм/год Модель SWAP (осреднение за 1985-1996 гг.) 80 2000 1500 Latitude , degree 60 1200 40 1000 800 20 600 400 0 200 -20 100 0 -40 -60 -180 -160 -140 -120 -100 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 Longitude , degree 40 60 80 100 120 140 160 180 Пространственное распределение суммарного испарения с территории Африки, мм/год Longitude , degree Longitude , degree -20 40 -10 0 10 20 30 40 50 60 -20 40 -10 0 10 20 30 40 50 60 30 30 Latitude, degree 1400 20 20 10 10 1200 1000 800 0 0 -10 -10 600 400 200 -20 -20 -30 -30 -40 -40 100 0 Расчет по модели SWAP (осреднение за 1986 – 1995 гг.) Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее. 1974. Пространственное распределение формирования стока на территории Африки, мм/год Longitude , degree Longitude , degree -20 40 -10 0 10 20 30 40 50 60 -20 40 30 30 20 20 -10 0 10 20 30 40 50 60 1500 1000 Latitude , gegree 800 10 10 0 0 600 400 200 100 -10 -10 50 -20 -20 -30 -30 10 0 -50 -40 -40 Расчет по модели SWAP (осреднение за 1986 – 1995 гг.) Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее. 1974. Пространственное распределение суммарного испарения с территории Северной Америки (без Гренландии), мм/год 1400 Latitude, degree 1200 1000 800 600 400 200 100 0 -100 -170 -150 -130 -110 -90 -70 Longitude, degree Расчет по модели SWAP (осреднение за 1986 – 1995 гг.) -50 -170 -150 -130 -110 -90 -70 -50 Longitude, degree Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее. 1974. Пространственное распределение формирования стока на территории Северной Америки (без Гренландии), мм/год Latitude, degree 90 80 2000 70 1500 1000 60 800 50 600 40 400 200 30 100 20 50 10 10 0 -170 0 -150 -130 -110 -90 -70 Longitude, degree Расчет по модели SWAP (осреднение за 1986 – 1995 гг.) -50 -170 -150 -130 -110 -90 -70 -50 Longitude, degree Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее. 1974. • Экологические задачи Схематизация формирования углеродного баланса в системе “почва – растительный покров – атмосфера” NP - нетто фотосинтез, rl - дыхание фотосинтезирующей фитомассы, rB - дыхание одревесневшей фитомассы (стволов и веток), rS - дыхание почвы, включающее автотрофное дыхание подземной фитомассы (корней, клубней) и дыхание гетеротрофов микроогрганизмов, разлагающих лесную подстилку и опад, а также участвующих в минерализации почвенной органики. Основные резервуары углерода в экосистеме хвойного леса: § (1) фотосинтезирующие элементы хвойных деревьев (хвоя), § (2) надземная фитомасса живой древесины (ветки, стволы), § (3) подземная живая фитомасса (корни деревьев), § (4) надземная фотосинтезируящая фитомасса под пологом леса (кустарниковый или травяной покров), § (5) подземная корневая фитомасса травяного покрова, § (6) опад и лесная подстилка, § (7) органический углерод почвы. Система уравнений, описывающих динамику углеродного баланса рассматриваемой лесной экосистемы dCn knGPP On dt Rn On при Ssh 0 при Ssh 0 dCw kwGPP Rw Ow dt dCr krGPPRr Or dt dCgu dt kguGPPg Rgu Ogu ATr dC go k goGPPgo Ogo ATr при Ssh 0 при Ssh 0 dt Rgo Ogo ATr dCl On Ow Or Ogo Ogu Rl П dt dC s П Rs dt где Сn, Сw, Сr, Сgo, Сgu, Сl, Сs - масса углерода (на единице площади экосистемы), содержащегося в хвое; ветках и стволах; корнях деревьев; живой надземной биомассе травы; живой подземной биомассе травы; мертвой биомассе (опаде, корневых остатках, лесной подстилке); гумусе почвы, соответственно; GPP – общая первичная продуктивность хвои, равная ее неттофотосинтезу минус темновое дыхание днем и нулю ночью; GPPg – общая первичная продуктивность травы, равная ее неттофотосинтезу минус темновое дыхание днем и нулю ночью; Rn, Rw, Rr, Rgo, Rgu - автотрофное дыхание (дыхание хвои; веток и стволов; корней деревьев; надземной фитомассы травы; подземной фитомассы травы, соответственно); Rl, Rs, - гетеротрофное дыхание (дыхание организмов, разлагающих отмершую биомассу опада, корневых остатков, лесной подстилки; дыхание микроорганизмов, обеспечивающих минерализацию гумуса, соответственно); Оn, Оw, Оr, Оgo, Оgu - интенсивность убыли углерода в соответствующих резервуарах вследствие опада или отмирания различных фитоэлемнтов экосистемы (хвои; веток и стволов; корней деревьев; надземной биомассы травы; подземной биомассы травы, соответственно); П – интенсивность пополнения углерода почвенной органики в результате разложения отмершей биомассы (как надземной, так и подземной) экосистемы; ATr - интенсивность поступления ассимилятов многолетних трав из подземной биомассы (луковиц, клубней и т.д) в надземную (в основном в весенний период для создания системы побегов; Ssh – интенсивность солнечного излучения (коротковолновая радиация). Коэффициенты кn, кw, кr, кgo, кgu характеризуют распределение углерода, связанного с поступлением ассимилятов после фотосинтеза в различные компоненты Международная сеть наблюдений водного, теплового и углеродного обмена в лесных и полевых экосистемах Важной предпосылкой развития LSM-моделей явилось создание с середины 90-ых годов прошлого столетия международной инструментальной сети наблюдений за потоками тепла, водяного пара и углекислого газа в различных экосистемах планеты FLUXNET. Широкий спектр экспериментальных данных, полученных в данной сети наблюдений, позволяет осуществлять апробацию разрабатываемых LSM-моделей по формированию в экосистемах суши радиационного, теплового, водного и углеродного обмена Экспериментальный полигон Лубус международной сети ”CarboEuroflux” (красный крест) Экосистема соснового леса, высаженного на песчанных дюнах Вид полигона Лубус в 1906 г. вверху и в настоящее время справа Динамика углеродного баланса экосистемы соснового леса NEE в районе исследовательской станции Лубос в апреле июне 1998 года. NEE , г м-2 ч-1 1 0.8 наблюдение апрель модель SWAP 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 0 80 160 240 400 480 560 640 720 май NEE , г м-2 ч-1 1 0.8 320 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 0 80 160 240 0 80 400 480 560 640 720 640 720 июнь NEE , г м-2 ч-1 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 320 160 240 320 400 480 560 время, час Внутригодовая динамика углеродного баланса NEE экосистемы соснового леса в районе исследовательской станции Лубос. NEE , кгC м-2 мес-1 наблюдение модель SWAP 0.15 0.1 0.05 0 -0.05 -0.1 1997 1998 Многолетняя динамика полной первичной продуктивности GPP, неттопродуктивности NPP и углеродного баланса NEE экосистемы соснового леса в районе исследовательской станции Лубос (моделирование) NEE , NPP , GPP , кгC м-2 -1 год1.2 GPP 1.0 NPP 0.8 0.6 автотрофное дыхание 0.4 гетеротрофное дыхание 0.2 0.0 NEE -0.2 1 11 21 31 41 51 61 71 годы (с 1906) 81 91 Многолетняя динамика углеродного баланса экосистемы соснового леса NEE в районе исследовательской станции Лубос. 0.4 NEE , кгC м-2 год-1 модель SWAP наблюдение 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 1 11 21 31 41 51 61 71 81 годы (начиная с 1906) 91 Динамика содержания углерода в различных компонентах экосистемы соснового леса в районе исследовательской станции Лубус (расчет) (биомасса травяного покрова приведена по июльским данным, когда ее значения максимальны) хвоя 4.5 ветки и стволы 4.0 корни деревьев 3.5 детрит, подстилка почвенная органика -2 Содержание углерода, кгC м Содержание углерода (кг/м2) на станции в конце 90-х годов: в почве, детрите, подстилке 3.0 надземная биомасса травяного покрова подземная биомасса травяного покрова 2.5 2.0 расчет 5.6 - 7.7±0.7 - измерение в живой биомассе 1.5 3.2 - расчет 3.5-4.5 - примерная оценка по дендрологическим характеристикам растительности 1.0 0.5 0.0 0 10 20 30 40 50 годы (с 1906) 60 70 80 90 • Гидрологические задачи Схематизация основных речных бассейнов и речной сети пан-Арктического бассейна с 100 - км разрешением (зеленые точки – пункты наблюдений за речным стоком) Местоположение бассейна р.Мезень (площадь 78000 км2 ) Бассейн р.Мезень и его схематизация при проведении расчетов стока – метеостанции – стоковая станция Линейная модель формирования водного баланса в русловой сети [ Kanae et al.,1995; Oki, 1997; Oki, Sud, 1998 ] dS r Yin Yout dt Sr – запас воды в русловом канале в пределах одной расчетной ячейки Yin - расход воды, поступающий в канал (как от каналов соседних ячеек, так и в виде боковой приточности в рассматриваемой ячейке) Yout - расход воды в канале на выходе из ячейки Yout ue Sr dc dс – расстояние между расчетными ячейками ue – эффективная скорость движения воды в русловом канале (с учетом извилистости русла). Среднеглобальное значение ue равно примерно 0.35 – 0.36 м/с [Miller et al., 1994; Kanae et al., 1995; Oki et al., 1999] Статистические критерии соответствия рассчитанных и наблюденных значений стока ♥ Систематическая ошибка bias, равная разности между рассчитанными и наблюденными значениями стока, усредненными по рассматриваемому периоду ♥ Коэффициент корреляции между рассчитанными (xcal) и наблюденными (xobs) значениями стока Corr (суточными или месячными) ♥ Расчетная эффективность по Нэшу-Сатклиффу [Nash, Sutcliffe, 1970] Eff, определяемая следующим выражением Eff 1 2 ( x x ) cal obs Ω 2 ( x x ) obs obs Ω Согласно [Апполов и др., 1974]: «хорошая» точность – при Eff > 0.75 «удовлетворительная» - при 0.36 < Eff < 0.75 Сопоставление наблюденных ( ) и рассчитанных ( ) суточных величин стока р.Мезень в районе ст. Малонисогорская с использованием априорных параметров bias = 141 мм/год (или 40% от наблюденного стока), Corr = 0.94, Eff = - 0.49 16 R , мм/сут 14 12 10 8 6 4 2 0 1986 18 1987 1988 1989 1990 R , мм/сут 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1991 1992 1993 1994 1995 Эффективность расчетов Eff и систематическая ошибка Bias месячных величин стока для ряда северных рек при использовании априорных параметров поверхности бассейнов и метеорологических характеристик из глобальной базы данных проекта GSWP-2 за 1983-1995 гг. Bias, мм/год Eff 200 1 150 0.5 100 50 -1.5 -150 ка г ир Ал дан Лен а ра Пе ч о Ол е не к Кол ым а а ь Ма к ке нз и Ме з ен Инд и -100 Дви н -50 Юк он ка гир н Ин ди Ал да Лен а ра Печ о к ене Ол ым а К ол кке н зи Ма зен ь Ме ина Дв 0 Се в . -1 Сев . -0.5 Юк он 0 Пример прямого поиска минимума целевой функции Ext для двумерной области переменных X и Y (RST –метод) – точки первоначальной серии квазислучайных точек (X, Y) – «лучшие» точки первоначальной серии – точки повторной серии розыгрыша квазислучайных точек (X, Y) – область точек со значениями X и Y, близких к оптимальным Метод эволюций тасуемых групп SCE-UA Duan Q., Sorooshian S., Gupta V.K. Effective and efficient global optimization for conceptual rainfall runoff models // Water Resour. Res. 1992. V. 28. № 4. Метод SCE-UA был разработан для оптимизации какой-либо одной целевой функции. Чтобы применить его для двух целевых функций Ext и Bias, поиск минимального значения Ext осуществлялся при условии, что Bias не должен превышать 5%. На первом этапе метода SCE-UA устанавливается исходная совокупность значений оптимизируемых параметров путем случайной выборки в пространстве допустимых значений n параметров, определяемом заданными диапазонами их значений. Для каждой точки вычисляется значение целевой функции. На основе этих значений выборка разделяется на несколько групп, каждая из которых состоит из 2n+1 точек. В каждой группе поиск оптимума целевой функции осуществляется в течение заданного числа шагов независимо от других групп симплексным методом склонового спуска (downhill simplex method)], т.е. происходит независимая эволюция этих групп. Периодически группы объединяются в единую выборку, точки которой перемешиваются (тасуются) с целью обмена информацией и разделяются на новые группы. Затем осуществляется независимая эволюция вновь созданных групп. В процессе поиска вся совокупность точек сходится к глобальному оптимуму при условии, что исходная выборка достаточно велика. Эволюции и перемешивание повторяются до достижения заранее определенного критерия сходимости. В настоящей работе число групп задавалось равным 6 (с уменьшением до 3 в процессе работы алгоритма), а критерий сходимости составлял 0.1% (изменение значения Ext) в течение 8 циклов. Среднемноголетняя (за 1986 – 1994 гг) динамика месячных значений осадков (усредненных по бассейну р.Мезень): (1) по данным наблюдений метеорологических станций (2) взятых из глобальной базы данных проекта GSWP-2 100 1 данные GSWP 2 Осадки, мм/мес 80 60 40 данные метеостаций 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 месяцы 11 12 Набор калибруемых параметров 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Оптимизируемые параметры |Log10(kK0)| khr albsn kalbsum kh0 n, с/м1/3 ue, м/с klp ksp Оптимизированные параметры ksw klw Сопоставление наблюденных ( ) и рассчитанных суточных величин стока р.Мезень в районе ст. Малонисогорская с использованием априорных ( ) и оптимизированных ( ) параметров для калибровочного периода 16 R , мм/сут 14 Калибровочный период bias = 116 мм/год, Corr = 0.93, Eff = - 0.50 12 10 8 6 4 2 0 0 1986 1986 16 R R ,, мм/сут мм/сут 14 1987 1987 1988 1988 1989 1989 1990 1990 Калибровочный период bias = -2 мм/год, Corr = 0.89, Eff =0.80 12 10 8 6 4 2 0 1986 1986 1987 1987 1988 1988 1989 1989 1990 1990 Сопоставление наблюденных ( ) и рассчитанных суточных величин стока р.Мезень в районе ст. Малонисогорская с использованием априорных ( ), т.е. основанных на глобальных базах данных проекта GSWP-2, и оптимизированных ( ) параметров для проверочного периода 18 R , мм/сут 16 Проверочный период bias = 165 мм/год, Corr = 0.85, Eff = - 0.50 14 12 10 8 6 4 2 0 1991 18 R , мм/сут 16 1992 1993 1994 1995 Проверочный период bias = 0 мм/год, Corr = 0.91, Eff = 0.82 14 12 10 8 6 4 2 0 1991 1992 1993 1994 1995 Бассейн р.Печора (324 000 кв.км) и его схематизация при проведении расчетов стока – стоковые станции – метеорологические станции Сопоставление наблюденных ( ) и рассчитанных ( ) суточных величин стока р.Печора в районе ст. Оксино с использованием оптимизированных параметров / метеорологические данные из данных наблюдений метеорологических станций/ 12 R , мм / сут 10 8 Калибровочный период bias = -1%, Corr = 0.92, Eff = 0.82 (синяя линия) 6 4 2 0 1981 1991 12 1982 1992 1983 1984 1993 1985 1994 1986 1987 1995 1988 1996 1989 1990 1997 Проверочный период bias = -11%, Corr = 0.91, Eff = 0.82 (зеленая линия) R , мм / сут 10 8 6 4 2 0 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Сопоставление наблюденных ( ) и рассчитанных ( ) суточных величин стока р.Печора в районе ст. Усть-Цильма с использованием оптимизированных параметров (полученных по данным о стоке в районе ст.Оксино) / метеорологические данные из данных наблюдений метеорологических станций/ 14 12 10 R, мм/сут расчет наблюдение 8 6 4 2 0 1967 1978 1968 1979 1969 1970 1980 1971 1972 1981 1973 1974 1982 1975 1976 1983 1977 1984 1985 1978 1986 1987 1988 14 12 10 8 6 4 2 0 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 bias = -9 %, Corr = 0.90, Eff = 0.79 1987 1988 1989 1990 Примеры измеренных (1) и рассчитанных на основе модели SWAP (2) гидрографов суточного стока R рек Онеги, Поноя и Туломы за части проверочных периодов 6 R , мм/сут 1Obs Р.Онега, Eff=0.83 5 4 cal 2 3 2 1 0 1969 1970 1971 8 1972 1973 1974 1975 1976 1877 1978 Р.Поной, Eff=0.85 6 4 2 0 1975 1976 1977 1978 8 1979 1980 1981 1982 1983 1958 1959 1984 Р.Тулома, Eff=0.60 6 4 2 0 1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1960 Географическое расположение бассейнов рек Таз, Пур и Надым. Сопоставления рассчитанных и измеренных гидрографов суточного стока рек Таз (а), Пур (б) и Надым (в) за рассчитанные периоды. 8 R , мм/сут 1 Eff=0.80 Bias (% )=3.6 (а) 2 6 4 2 0 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 Eff =0.78 8 1981 1983 1985 1987 1989 Годы Bias (%)=-9.5 (б) 6 4 2 0 1978 1980 1982 1984 Eff=0.74 12 1986 1988 1990 Годы Bias (%) = -6.6 (в) 10 8 6 . 4 2 0 1967 1970 1973 1976 1979 1982 1985 1988 Годы Статистические характеристики соответствия наблюденных и рассчитанных на основе моделей SWAP и VIC месячных слоев стока рек Мезени, Печоры, Северной Двины, Индигирки, Оленек (Bias, %, и Eff ) Модель Река Расчетный период, годы Bias Eff SWAP Мезень 1986-1994 -2 0.96 SWAP Печора 1981-2000 -9 0.94 SWAP Сев. Двина 1967-1998 3 0.91 Индигирка 1967 – 1992 1 0.86 1967 – 1990 13 0.89 1979-1999 1979-1999 1979-1999 1979-1999 1979-1999 -9 -15 -1 6 15 0.83 0.77 0.85 0.83 0.85 4% 0.09 SWAP SWAP VIC VIC VIC VIC VIC Оленек Мезень Печора Сев. Двина Индигирка Оленек Средняя разница абсолютных значений Сопоставления рассчитанных и измеренных средних по бассейнам рек Пур (а), Таз (б), и Надым (в) высот снежного покрова. Высота снежного покрова, см 1 2 (а) 100 75 50 25 0 1971 1972 1973 1974 1975 120 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 Годы (б) 80 40 0 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 Годы (в) 100 75 50 25 0 1967 1969 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 Годы Социально-экономический А1 SRES (Special Report on Emissions Scenarios): -сценарий IPCC Сценарий A1 описывает будущий мир очень быстрого экономического роста, с низким приростом населения и быстрым внедрением новых и более эффективных технологий. Основополагающими темами являются: сближение разных регионов, наращивание потенциала и активизация культурных и социальных взаимосвязей, а также существенное сокращение региональных различий в доходе на душу населения. Для оценки динамики гидрометеорологических и актинометрических характеристик (в глобальном и региональном масштабах), служащих исходной информацией для расчетов воздействий климатических изменений на формирование водного, теплового и углеродного баланса в конкретной экосистеме, была использована компьютерная программа MAGICC/SCENGEN, представляющая собой по существу генератор климатических сценариев, предназначенный для оценки уязвимости или адаптации различных экосистем или биомов планеты к климатическим изменениям. MAGICC / SCENGEN: Model for the Assessment of Greenhouse-gas Induced Climate Change / A Global and Regional Climate Scenario Generator [Model for the Assessment of Greenhousegas Induced Climate Change, 2000] Модели глобальной циркуляции атмосферы (высокого разрешения), использованные в работе модельного комплекса SCENGEN. HadCM2 Hadley Centre Unified Model 2 Transient Ensemble-mean (UK) UKTR UK Met. Office/Hadley Centre Transient CSIRO-TR Commonwealth Scientific and Ind. Research Org., Transient (Australia) ECHAM4 European Centre/Gamburg Model 4 Transient (Germany) UKHI-EQ UK Met. Office High Resolution CSIRO2-EQ Commonwealth Scientific and Ind. Research Org., Mark 2 (Australia) ECHAM3 European Centre/Gamburg Model 3 Transient (Germany) UIUC-EQ University of Illinois at Urbana Champaign (USA) ECHAM1 European Centre/Gamburg Model 1 Transient (Germany) CSIRO1-EQ Commonwealth Scientific and Ind. Research Org., Mark 1 (Australia) CCC-EQ Canadian Climate Centre (Canada) GFDL-TR Geophysical Fluid Dynamics Laboratory Transient (USA) BMRC-EQ Bureau of Meteorology Research Centre (Australia) CGCM1-TR Canadian Climate Centre for Modelling and Analysis 1 Transient (Canada) NCAR-DOE National Centre for Atmospheric Research (DoE) Transient (USA) CCSR/NIES Centre for Climate Research Studies/NIES (Japan) 700 Климатические Осадки Составляющие водного баланса, мм/годд Изменение климатических значений осадков, испарения и речного стока в бассейне р. Северной Двины для первых двух третей XXI века при четырех различных сценариях глобального изменения климата согласно семейству сценариев SRES МГЭИК. сценарии: 600 А1 А2 В1 500 В2 400 Испарение 300 Сток Измеренный климатический сток в конце ХХ века (1967 – 1998 гг.) 200 100 0 1970 1990 2010 2030 2050 Годы Изменения климатических гидрографов слоя стока р. Северной Двины для четырех сценариев изменения климата МГЭИК SRES. Сценарий A1 Сценарий A2 100 2039-2063 100 Слой стока, мм/мес 2015-2038 80 1991-2014 80 1967-1990 60 60 40 40 20 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 1 2 3 4 Слой стока, мм/мес 100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 0 0 2 3 4 5 6 7 6 7 8 9 10 11 12 Сценарий B2 Сценарий B1 1 5 8 9 10 11 12 Месяцы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Месяцы Изменение максимальных (весенних) снегозапасов в бассейне р. Северной Двины для первых двух третей XXI века при четырех различных сценариях глобального изменения климата согласно семейству сценариев SRES МГЭИК. Пример пространственного распределения по бассейну р. Северной Двины климатических годовых значений осадков в мм/год, за 1967 – 1990 и 2039 – 2063 гг. в соответствии с реализацией климатического сценария МГЭИК SRES A1 с.ш., град (а) 2039 – 2063 гг. 1967 – 1990 гг. в.д., град Пример пространственного распределения по бассейну р. Северной Двины климатических годовых значений испарение в мм/год, за 1967 – 1990 и 2039 – 2063 гг. в соответствии с реализацией климатического сценария МГЭИК SRES A1 с.ш., град (б) 2039 – 2063 гг. 1967 – 1990 гг. в.д., град Пример пространственного распределения по бассейну р. Северной Двины климатических годовых значений стока в мм/год, за 1967 – 1990 и 2039 – 2063 гг. в соответствии с реализацией климатического сценария МГЭИК SRES A1 с.ш., град 2039 – 2063 гг. 1967 – 1990 гг. в.д., град LAST SLIDE Thank you! FOR CONTACT Yeugeniy M. GUSEV gusev@aqua.laser.ru Оценки составляющих водного баланса (мм/год) для континентов Автор Расчеты по SWAP * Львович (1974)** Будыко*** (1971), Зубенок (1970) Зубенок**** (1976) Величина P E R R/P P E R R/P P E R R/P E Европа Азия 1017 551 463 0.46 734 415 319 0.43 640 390 250 0.39 470 695 456 238 0.34 726 433 293 0.40 600 310 290 0.48 400 Африка 678 561 118 0.17 686 547 139 0.20 690 430 260 0.38 500 Сев. Америка 753 468 275 0.36 670 383 287 0.43 660 320 340 0.52 400 Южн. Америка 1506 957 548 0.36 1648 1065 583 0.35 1630 700 930 0.57 850 Австралия 749 560 188 0.25 736 510 226 0.31 470 420 50 0.11 490 Суша в целом 837 562 272 0.33 834 540 294 0.35 730 420 310 0.42 450 P 790 740 740 756 1600 791 800 Корзун (1974) E 507 416 587 418 910 511 480 R 283 324 153 338 690 280 320 R/P 0.36 0.44 0.21 0.45 0.43 0.35 0.40 P 657 696 696 645 1564 803 750 Баумгартнер, E 375 420 582 403 946 534 480 Рейчел (1975) R 282 276 114 242 618 269 270 R/P 0.43 0.40 0.16 0.38 0.40 0.33 0.36 * Северная Америка включает Канадский архипелаг и Гренландию, Австралия включает Тасманию, Новую Гвинею и новую Зеландию, суша не включает Антарктиду. ** Северная Америка не включает Канадский архипелаг и Гренландию, Австралия включает Тасманию, Новую Гвинею и Новую Зеландию (только на Австралии: P=440 мм/год, R=47 мм/год и E=393 мм/год), суша не включает Канадский архипелаг, Гренландию и Антарктиду. *** Суша включает Антарктиду. **** Австралия с Тасманией, Новой Гвинеей и Новой Зеландией, Северная Америка с Гренландией. Среднемноголетние глобальные годовые суммы (мм/год) осадков (P), стока (R), испарения (E), а также коэфиициента стока (R/P) и отношения испарения к осадкам (E/P) Источник информации P R E E/P R/P Расчет по модели SWAP (включая Гренландию) Расчет по модели SWAP (без Гренландиии) 837 273 563 0.67 0.33 845 271 573 0.68 0.32 Mather (1969) 712 274 438 0.62 0.38 Львович (1964) Будыко (1971), Зубенок (1970) 730 470 0.64 0.34 Львович (1974) 834 Korzun et al. (1974) 800 Baumgartner, Reichel (1975) Зубенок (1976) Legates, Willmott(1990) **) 730 250 310 420 0.58 0.42 540 0.65 0.35 320 480 0.60 0.40 746 266 480 0.64 0.36 804 354 450 0.56 0.44 294 820 UNESCO (1999) 800 294 506 0.63 0.37 Среднее по литературным данным (исключая **) ) 769 295 473 0.62 0.38 Вверх, вниз по кругу несутся первостихии <…> некоторым образом все сплетается одно с другим <…> одно другому сообразно, а это благодаря напряженному движению, единодыханию и единению естества. Марк Аврелий 121-180 «Размышления» Размеры расчетных ячеек при моделировании динамики водного баланса бассейна р.Роны в различных численных экспериментах эксп1 эксп2 эксп3 Расчетный период: август 1986 г. – июль 1989 г. Разность значений различных комонентов водного баланса бассейна р.Роны (мм/год) для 1-го и 3-го численных экспериментов (средние значения за 3 года – с августа 1986 по июль 1989) Эксп1 Эксп3 Базы данных по приходящей к поверхности суши коротковолновой и длинноволновой радиации 1. Базы данных, основанные на «чистом» реанализе: NCEP-DOE или ERA-40 2. База данных SRB (Surface Radiation Budget). Получена при реализации проекта GSWP-2 на основе 3-часовых данных по радиации, подготовленных Исследовательским центром НАСА/Лэнгли (NASA/Langley Research Center) 3. База данных ISCCP, подготовленная в результате реализации проекта «The International Satellite Cloud Climatology Project» Глобальное распределение коэффициента фильтрации K0, м/с (в логарифмической шкале - Ln(K0)) Ln(K0) -4.2 -4.6 -5 -5.4 -5.8 -6.2 Средние широтные значения годовых сумм осадков P ( стока R ( , ) P, R, мм/год Зубенок, 1970 SWAP 1900 ) и , 1400 900 с.ш. -60-90 -60-50 -50-40 -40-30 -30-20 -20-10 -10-0 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 -100 80-90 400 ю.ш. Примечание: модель SWAP - осреднение за 1985-1996 гг. Средние широтные значения годовых сумм осадков P ( суммарного испарения Е ( , , ) P, E , мм/год ) и , Зубенок, 1970 SWAP 1900 Зубенок, 1976 1400 900 ю.ш. -60-90 -60-50 -50-40 -40-30 -30-20 -10-0 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 -20-10 с.ш. 70-80 -100 80-90 400 Примечание: модель SWAP - осреднение за 1985-1996 гг.
