presentation - SAI Space Monitoring Laboratory

А.В. Бялко
Институт теоретической физики им. Л.Д.Ландау
и журнал «Природа»
Мировая энергетика, выбросы CO2
в атмосферу, прогнозы потепления климата
1. Сжигание ископаемых топлив, рост и сезонные вариации концентрации CO2
2. Новейшая история концентрации радиоуглерода и газообмен атмосферы
3. Спектры современных климатических данных, их сравнение со спектрами
длительности суток и момента импульса атмосферы
4. Что такое климатический форсинг? Применим ли он к современному климату?
5. Уроки истории климата по данным бурения льда Антарктики
ГАИШ 19.12.2014
Публикации по теме:
Бялко А.В. Дополнения к теории Миланковича, Природа, 2009, №12, 18–28
Бялко А.В., Ваганова Н.И., Руманов Э.Н., О возможной климатической
неустойчивости, ДАН, 2010, т. 431, № 5, с. 1–4.
Бялко А.В. Релаксационная теория климата, УФН, 2012, 182, с.111.
Byalko A.V. & Kauffman G.B. Predicting Our Global Future, Chem. Educator 2012, 17,
195–202
Бялко А.В. Вариации концентрации радиоуглерода и газообмен атмосфера—
океан, ДАН, 2013, т. 451, № 1, с. 28–31.
Бялко А.В. Спектр возмущений земных суток. Природа, 2013, №8, С. 63—67.
Бялко А.В. Спектр возмущений климатической системы, Природа, 2013, №9, С.
17—26.
Byalko A.V. Correlation & spectra analysis of climate data sets, EGU, Vienna, 2014.
Byalko A.V. Atmosphere–ocean gas exchange based on radiocarbon data, EGU, 2014.
Ruzmaikin A., Byalko A. On the relationship between atmospheric carbon dioxide
and global temperature, submitted in Global and Planetary Change, 2014.
Глобальные средние концентрации СО2 [ppm]
годы
Вопросы:
Как связан рост средней концентрации
CO2 со сжиганием ископаемых топлив?
В чем причины неравномерности роста?
Чем определяются сезонные вариации
концентрации CO2?
месяцы
Потоки солнечной энергии в атмосфере
Trad =255 K=-18 C
Инсоляция (освещенность) земной поверхности
Температура
поверхности [oC]
Инсоляция Земли.
Экстремумы 22.VI и 22.XII.
Годичные колебания концентрации СО2 [ppm] и
температуры поверхности [oC].
dT, [oC]
Минимум в январе,
максимум в июле
d[СО2], ppm
Максимум в январе,
минимум в июле
Среднегодичные колебания выделения СО2 в
атмосферу при сжигании ископаемых топлив [ppm]
Максимум в январе,
экстремумы а июле
 Масса углерода С в
земной атмосфере в PgС (по
Мауна Лоу). PgС = 2.34 ppm.
Выбросы С по странам:
Выбросы углерода С при
сжигании ископаемых
топлив (красная кривая) и
производная массы С в
атмосфере (обе: PgC/год).
Их отношение ~= 0.56.
Куда уходит разность?
Академик Андрей Дмитриевич Сахаров:
«Радиоактивный углерод ядерных взрывов и непороговые биологические эффекты»
Атомная энергия, т. 4, № 6, 1958.
«Общее число жертв радиоуглерода мегатонного взрыва составит 6 600 человек. Эти
жертвы распределяются на срок порядка 8 тыс. лет.»
Академик Андрей Дмитриевич Сахаров:
«Радиоактивный углерод ядерных взрывов и непороговые биологические эффекты»
Атомная энергия, т. 4, № 6, 1958.
«Общее число жертв радиоуглерода мегатонного взрыва составит 6 600 человек. Эти
жертвы распределяются на срок порядка 8 тыс. лет.»
Концентрация 14C в атмосфере по отношению к стандарту 1950 г.
Концентрация 14C после ядерных испытаний
Потоки углерода: океан в атмосферу (синяя), атмосфера в океан (малиновая),
сгорание топлив (красная), прирост массы углерода (зеленая). Белый крест – точка
равновесия С-14 между атмосферой и океаном. Толщина – точность расчетов.
Межгодичные (квазидвухлетние) колебания
Это уже не погода, но еще и не климат
ENSO = El Nin’o South Oscillation
(Эль-Ниньо – Южные колебания)
Спектр и корреляции межгодичных климатических колебаний
Анализировались ряды:
1) ENSO – Эль-Ниньо Южная Осцилляция (1958-2012) – зеленые ;
2) концентрации CO2 на Мауна Лоа (1958-2012) – синие кривые;
3) глобальной температуры (NCDC, GISS, 1880-2012) – красные.
Вычислялись спектры случайных (random) процессов (Н.Винер, А.Я.Хинчин,
А.Колмогоров): связь корреляционной функции K(t) и спектра S(w), а также
интер-корреляции (ковариации).
Сравнивались их спектры с аналогичными расчетами О.Хумлума и
со спектром вариаций длительности суток, полученных
Н.С.Сидоренковым.
Затем со спектром момента импульса атмосферы.
Ссылки:
O. Humlum , K. Stordahl, J.-E. Solheim The phase relation between atmospheric carbon dioxide
and global temperature Global and Planetary Change 100, (2013) 51-69.
Бялко А.В. Спектр возмущений земных суток. Природа. 2013. №8. С. 63—67.
Бялко А.В. Спектр возмущений климатической системы. Природа. 2013. №9. С. 17—26.
Сидоренков Н.С., Бизуар К., Зотов Л.В., Салстейн Д. Момент импульса атмосферы,
Природа, 2014, №4, 22—28.
Разные источники данных с разной длительностью
ежемесячных (+ 1 еженедельный СО2) рядов
Бялко А.В. Спектр возмущений земных суток.
Природа. 2013. №8. С. 63—67.
Set of data (1880-2012 and 1958-2012):
1. Earth System Research Laboratory Extended Multivariate
ENSO Index:
http://www.esrl.noaa.gov/psd/enso/mei.ext
http://www.esrl.noaa.gov/psd/enso/mei.ext/table.ext.html
O. Humlum , K. Stordahl, J.-E. Solheim
The phase relation between atmospheric
carbon dioxide and global temperature
Global and Planetary Change 100, (2013) 5169.
Set of data (1980--2012):
Monthly global atmospheric CO2 (NOOA)
3. National Climatic Data Center:
ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/anomalies/monthly.land_oc
ean.90S.90N.df_1901-2000mean.dat
Monthly global sea surface temperature (HadSST2 )
Monthly global surface air temperature (HadCRUT3)
4. Goddard Institute for Space Studies:
http://data.giss.nasa.gov/gistemp/tabledata/HLB.Ts+dSST.txt
5. Earth System Research Laboratory Global Monitoring
Division (Mouna Loa, 1958-2012)
ftp://ftp.cmdl.noaa.gov/ccg/co2/trends/co2_mm_mlo.txt;
ftp://ftp.cmdl.noaa.gov/ccg/co2/trends/co2_mm_gl.txt
Change in global surface air temperature (NCDC)
Глобальная температура и индекс ENSO
Сравнение результатов независимых расчетов
–
Humlum
Бялко
Период Т2 Период Т3 Лаг T/CO2, Макс. T/CO2
3.7—3.8 г. 2.4—2.5 г. 9.5—11 мес. 0.40—0.48
3.64±0.02 г. 2.45—2.51 г. 7.2±0.1 мес. 0.74±0.01
Сравнение результатов независимых
расчетов по интер-корреляциям
OOOO
OOOO
Месяцы
Humlum
Бялко
Период Т2
3.7—3.8 г.
3.64±0.02г.
Период Т3
2.4—2.5г.
2.45—2.51г.
Лаг T/CO2,
Макс. T/CO2
9.5—11 мес. 0.40—0.48
7.2±0.1 мес. 0.74±0.01
Вариации длительности суток (LOD) в мс (синяя) и
z-компонента момента импульса (красная)
1.III.1983=45394
Спектры z-компонента момента импульса
атмосферы и вариаций длительности суток LOD
182.6
365.2
3.7 г
121.7
Сидоренков Н.С., Бизуар К., Зотов Л.В., Салстейн Д.
Момент импульса атмосферы, Природа, 2014, №4,
22—28.
Сутки
Спектр LOD
Темпертурно-диоксидные
циклы
O.Humlum: «Поскольку причина
всегда должна предшествовать
явлению, то это наблюдение
показывает, что современные
температурные изменения вообще
не вызваны изменениями
атмосферного CO2».
Я: Согласиться с этим категорически
невозможно. В обеих наших работах
анализировались колебания, а в
любом колебательном процессе
разность фаз между двумя
переменными (например,
координатой и скоростью маятника)
не есть свидетельство ни причины,
ни следствия. Или, если угодно, она
свидетельствует о постоянной связи
причин и следствий. Поэтому ни
отставание межгодичных колебаний
CO2 от температуры, ни величина
этого лага не имеют отношения к
глобальному потеплению.
dT = (0.06±0.01) d [CO2]
Результаты бурения антарктического льда: Nature, 2008. V.453.
Синяя ломаная – вариации Т и [CO2] за 800 тыс. лет;
Стрелка – переход к современным значениям Т и [CO2] ;
Красная кривая = прямая: dT = 0.098 [CO2] – 27.1С. Сравни! dT = (0.06±0.01) d [CO2]
Conceptual modes of the AMOC.
E Böhm et al. Nature 000, 1-4 (2014) doi:10.1038/nature14059
Выбросы СО2 в прошлом и двух сценариях будущего
При радикальном сценарии максимум выбросов СО2 предполагается в 2025 году.
Изменения СО2 в прошлом и двух сценариях будущего
Максимум концентрации СО2 при радикальном сценарии приходится на 2042 год.
Рост температуры в прошлом и будущем
Иcточник данных по средним температурам Земли до 2010 года:
http://data.giss.nasa.gov/gistemp/tabledata/GLB.Ts+dSST.txt
Максимум температуры при радикальном сценарии будет только около 2100 года
Компьютерное моделирование климата (Википедия)
NCAR: National Center for Atmospheric Research, Боулдер, США;
MPIM: Max-Planck-Institut für Mathematik, Бонн, Германия;
GFDL: Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, Принстон, США;
Hadley: Hadley Centre for Climate Prediction and Research, Оксфорд, Великобритания;
CSIRO: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, Виктория, Австралия;
CCCma: Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis, Виктория, Канада;
CCSR: Center for Climate System Research, Токио, Япония.
Благодарю за внимание.
Вопросы?
Комментарии…