Математическое моделирование глобального потепления

Математическое моделирование
глобального потепления
Володин Е.М.
Институт вычислительной математики РАН
119333 Москва, ул. Губкина 8
E-mail: volodin@inm.ras.ru
1. Как изменится баланс тепла на поверхности при
глобальном потеплении?
2. Насколько возможна компенсация глобального
потепления выбросом сульфатного аэрозоля в
стратосферу?
3. Может ли в результате глобального потепления
произойти существенное изменение атлантической
термохалинной циркуляции?
Поток скрытого тепла:
E = ρ L CT |VA| (QS – QA), где
ρ – плотность воздуха,
L – удельная теплота парообразования,
CT – к-т обмена,
|VA| - модуль скорости ветра у поверхности,
Q – удельная влажность,
S – индекс поверхности Земли, А – атмосферы
Поток явного тепла:
H = ρ CP CT |VA| (θS – θA), где
θ – потенциальная температура,
СР – теплоемкость воздуха
Над водой, льдом и снегом QS = QMAX(TS),
над сушей QS = rS QMAX(TS),
В атмосфере QA = rA QMAX(TA) .
При испарении пропорциональном QMAX получаем увеличение
испарения (и осадков) к 2100г.на 15-30%.
В действительности модели предсказывают увеличение количества
осадков на 2-7%.
Испарение контролируется радиационным балансом на
поверхности:
RSW +RLW = E + H,
RSW и RLW – баланс солнечной и длинноволновой радиации.
Для современного климата
RSW = 160, RLW=-60,
E=80, H=20. Все потоки в Вт/м2.
Изменение потоков в 2100г. по сравнению с 2000г.
RSW = -0.4 , RLW=2.9,
E=3.4, H=-1.2
Это достигается за счет уменьшения разности температур между
поверхностью земли и приповерхностным воздухом.
Для современного климата TS – TA =1 К
В 2100г по сравнению с 2000г эта разность уменьшится на 0.2-0.3 К
В результате уменьшается поток явного и скрытого тепла.
Численные эксперименты по моделированию компенсации парникового
эффекта сульфатным аэрозолем
1.
Контрольный эксперимент с фиксированной доиндустриальной
концентрацией СО2 и фоновой концентрацией сульфатного аэрозоля.
2.
Эксперимент с ростом концентрации СО2 на 1% в год.
3.
Эксперимент с ростом концентрации СО2 на 1% в год и добавлением
сульфатного аэрозоля в стратосферу начиная с 30 года таким образом, чтобы
радиационный форсинг от увеличения концентрации СО2 компенсировался
бы радиационным форсингом от добавленного сульфатного аэрозоля.
Продолжительность каждого численного эксперимента 100 лет. Считается,
что оптическая толщина добавленного сульфатного аэрозоля всюду одинакова.
Глобальная температура в эксперименте с ростом СО2 (красный) и ростом СО2 и
сульфатным аэрозолем (синий)
Глобальные осадки в эксперименте с ростом СО2 (красный) и с ростом СО2 и
сульфатного аэрозоля (синий)
Изменение температуры в годы 71-100 при росте СО2 (вверху) и росте СО2 и
сульфатного аэрозоля (внизу)
Изменение осадков при росте СО2 (вверху) и росте СО2 и сульфатного аэрозоля
(внизу)
Изменение баланса тепла на поверхности при введении
сульфатного аэрозоля в стратосферу в годы 71-100.
RSW=-3.7, RLW=-2.2
E=-5.2, H=0.4 Вт/м2
Меридиональная функция тока в Атлантике (СВ)
Эксперимент по чувствительности моделей климата к
потоку пресной воды в северной Атлантике (Water Hosing
Experiment).
В нем участвовало больше 10 моделей.
Поток пресной воды 0.1 СВ в течение 100 лет –
уменьшение интенсивности атлантической
меридиональной циркуляции на 10-25%. Похолодание в
северной Атлантике на 1-2 градуса.
Поток пресной воды 1 СВ в течение 100 лет – практически
полное прекращение атлантической меридиональной
циркуляции. Похолодание в северной Атлантике на 4-10
градусов.
1 СВ = 106 м3/с = 30 тыс. км3/год
Red – melting, Green – snow accumulation, Blue - rain
Ожидаемое увеличение стока рек и таяния Гренландии
составляет не более 0.1 СВ. Ожидаемое уменьшение
интенсивности атлантической термохалинной циркуляции
составляет не более 10-25%. Это может привести к
похолоданию не более чем на 1-2 градуса.
Временной ход глобальной температуры в конторльном эксперименте
Разность температуры в теплое и холодное двадцатилетия контрольного
эксперимента