Схема взаимодействия компонентов климатической системы атмосфера – океан – поверхность снега, льда и суши – биомасса
(С.П. Хромов и М.А. Петросянц, 2004)
Черные стрелки – внешние процессы, светлые стрелки – внутренние процессы, приводящие к изменениям климата.
солнечная радиация |
поглощенный солнечный свет |
|
|
|
|
|
|
альбедо суши и воды |
|
||
|
|
|
|
||
оптические свойства атмосферы |
|
|
|
|
температура |
|
|
|
|
|
|
передача отраженной радиации |
|
площадь льда |
|
||
площадь снега |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уходящая ИК радиация |
|
|
облачный покров |
|
|
|
|
|
|
|
осадки |
|
атмосферная структура |
|
|
|
|
|
градиент температуры |
|
|
|
испарение с воды, |
|
||
поток тепла от конденсации |
|
|
|||
формирующее осадки |
испарение |
с суши |
|||
|
|
|
|
||
испарение |
почвенная влага |
относительная влажность |
|
||
|
|
|
|
градиент давления |
|
вертикальный ветер |
|
горизонтальный ветер |
ощутимое тепло + поток потенциальной энергии |
||
глубина перемешивания
|
широта |
течение |
океанический поток |
Первая схема (1974 г.) причинно-следственных прямых и обратных взаимосвязей в климатической системе
Усложнение схемы причинно-следственных прямых и обратных взаимосвязей в климатической системе (середина 1980х годов)
Современный вариант схемы причинно-следственных прямых и обратных взаимосвязей в климатической системе
Компоненты и переменные для системы геоинформационного мониторинга
Тип данных |
Компоненты и параметры |
Метеорологические |
Ветер, температура, влажность, давление, функции тока воздуха и потенциал скорости ветра на различных |
данные |
высотах, индексы состояния и циркуляции атмосферы. |
Океаны |
Температура поверхности океана и ряды индексов температуры, температура и соленость на различных |
|
глубинах, уровень океана, ветровое воздействие, поверхностные течения, цвет моря и объем биомассы, |
|
глубинная циркуляция. |
Криосфера |
Снежный покров, морской лед, границы распространения льда и его толщина, мощность и изменение границ |
|
развития континентального льда, перемещение масс ледяных покровов и ледников. |
Суша, |
Осадки, испарение, сток. Температура и влажность почвы, подземные воды, растительность, растительный |
гидрологический |
покров, тип и состав питательных веществ в почве, эрозия, минерализация. |
цикл и |
|
растительность |
|
Радиационный |
Компоненты радиационного баланса вблизи поверхности Земли и в верхней атмосфере, потоки |
баланс |
ультрафиолетового излучения. |
Атмосфера |
Концентрация и распределение CO, CO2, O3, хлористо-фтористых соединений, галогенов, окислов азота и серы, |
|
аэрозолей; прозрачность стратосферы и тропосферы; параметры химического обмена между атмосферой, |
|
океаном, биосферой и литосферой. |
Геосфера |
Изменения рельефа суши и дна океана, ращение Земли, взаимодействие мантии и коры Земли, движение |
|
литосферных плит, вулканизм, геомагнитные вариации. |
Солнце |
Солнечные вариации, солнечная постоянная. |
Внешние |
Совокупность социальных, экономических и биологических параметров, несущих информацию об изменениях |
воздействия |
глобальной геосистемы. |
Цели:
-регулярное слежение за состоянием КС, включая сбор и обобщение климатических данных и определение характеристик текущего климата Земного шара;
-вероятностная оценка степени аномальности КС;
-выявление естественных и антропогенных причин наблюдаемых аномалий;
-оценки масштабов вероятных изменений и колебаний климата в будущем.
Времена установления состояния равновесия для подсистем КС Земли (Henderson –Sellers, McGuffie, 1987)
Область влияния КС |
Время установления равновесного |
|
состояния |
Атмосфера: |
|
свободная |
11 суток |
пограничный слой |
24 часа |
Мировой океан: |
|
перемешанный слой |
7-8 лет |
глубокий океан |
300 лет |
морской лед |
от суток до 100 лет |
Континенты: |
|
озера и реки |
11 суток |
почвенно-растительные формации |
11 суток |
снежный покров и поверхностный лед |
24 часа |
Горные ледники |
300 лет |
Ледяные щиты |
3000 лет |
Мантия Земли |
30 млн. лет |
Факторы и причины, определяющие эволюцию глобального климата
“Предстоящие изменения климата”, 1991:
1). Изменение потоков солнечной радиации, связанное с изменением излучения Солнца.
2). Изменения в распределении суши и моря, определяемые тектоникой плит и связанные с этими процессами изменения орографии суши, изменения циркуляции океана и его уровня.
3). Изменение газового состава атмосферы, в первую очередь концентрации углекислого газа и метана. 4). Изменение альбедо.
5). Изменение орбитальных параметров Земли.
6). Изменения катастрофического характера – земного и космического.
Клименко А.В., Клименко В.В., 1998:
1). Концентрация парниковых газов в атмосфере.
2) Концентрация тропосферных аэрозолей (серно-кислотные и сульфатные).
3). Тепловой поток от Солнца на внешнюю границу атмосферы (солнечная постоянная). 4). Вулканическая активность (насыщение стратосферы аэрозолями серной кислоты).
5). Апериодические колебания в системе атмосфера – океан (Эль-Ниньо – Южное колебание). 6). Параметры орбиты Земли.
Клименко В.В., 2009:
Естественные
причины
1.Параметры гелиоцентрической орбиты |
Антропогенные |
|
2.Солнечная активность |
||
3.Движение Луны |
1.Сжигание органического топлива |
|
4.Движение тяжелых планет |
||
(теплоэнергетика, транспорт, |
||
5.Вулканическая активность |
||
коммунально-бытовое хозяйство) |
||
6.Автоколебания в атмосфере и океане |
||
2.Промышленность |
||
7. Геомагнитная активность |
||
3. Сельское хозяйство |
||
8. Скорость вращения Земли |
||
4.Лесное хозяйство |
||
9. Океаническая циркуляция |
||
5. Гидростроительство, мелиорация |
||
10. Тектоническая активность |
||
|
Энциклопедия, 2010:
1). Изменение размеров и взаимного расположения материков и океанов, 2). Изменение светимости Cолнца,
3). Изменения параметров орбиты Земли, 4). Изменение прозрачности атмосферы и ее состава в результате изменений вулканической активности Земли,
5). Изменение концентрации парниковых газов (СО2 и CH4) в атмосфере,
6). Изменение отражательной способности поверхности Земли (альбедо),
7). Изменение количества тепла, имеющегося в глубинах океана.
1). Влияние астрономических факторов (параметры орбиты, солнечная активность, скорость вращения Земли).
2). Влияние геофизических факторов (движение материков, магнитных полюсов Земли, вулканические извержения, природные катастрофы).
3). Изменение газового состава атмосферы (углеродный цикл, парниковые газы, аэрозоли). 4). Изменение отражательной способности поверхности Земли (альбедо).
5). Автоколебания в системе океан – атмосфера (Эль-Ниньо, Северо-Атлантическое колебание). 6). Антропогенные факторы.
Процессы, влияющие на изменение климата и характерные временные масштабы их проявлений (Kutzbach J.E., 1974)
Пределы временных масштабов (годы)