Методами системного анализа производится всестороннее изучение причин и термодинамического механизма больших колебаний климата и оледенения Земли на протяжении последних нескольких сотен тысяч лет. Строится математическая модель планетарной системы ледники-океан-атмосфера, где северное и южное полушария описываются индивидуально и учитываются взаимодействия между ними за счёт переноса энергии и массы через экватор. Анализируются внешние возмущения на систему со стороны космоса и земных недр. Динамика системы исследуется на ЭВМ.

Показано подобие изменений общей циркуляции атмосферы в ходе годовых и климатических колебаний. Предлагается использовать модифицированные модели системы ледники-океан-атмосфера и теорию подобия для прогнозных оценок изменений климата.

Рассчитана на специалистов в области наук о Земле, интересующихся проблемами изменения климата и окружающей среды.

Современная наука располагает большим количеством фактов, свидетельствующих о том, что климат Земли претерпевает различные по масштабам изменения. Причины изменений климата уже давно стали объектом многочисленных исследований. Особенно притягательной для исследователей оказалась природа плейстоценовых колебаний климата и оледенения, происходивших на протяжении последнего миллиона лет. По-видимому, трудно найти какое-либо другое явление, для объяснения которого уже 100 лет предлагаются всё новые гипотезы. Такое положение дел иногда расценивается в качестве курьёза. На самом деле оно свидетельствует о заинтересованности многих отраслей науки о Земле в решении этой проблемы. Необходимость её решения связана с тем, что ледниковые события оказали существенное влияние на все компоненты географической оболочки: растительный и животный мир, почвенный покров, гидрологическую сеть континентов, рельеф земной поверхности, осадочный чехол суши и морского дна, и др. Вероятно, поэтому в попытках построения теории климатических и ледниковых колебаний принимали участие специалисты различных областей знания. В последнее время рассматриваемая проблема стала актуальной в связи с растущей угрозой крупных изменений климата под влиянием хозяйственной деятельности человека. Загрязнение окружающей среды в планетарных масштабах и осуществление крупных промышленных и сельскохозяйственных проектов могут вызвать климатические изменения такого порядка, которые сопоставимы лишь с плейстоценовыми изменениями климата. Поэтому выяснение термодинамического механизма больших колебаний климата и оледенения необходимо и для разработки адекватных прогностических моделей климата.

В формировании длиннопериодных колебаний климата и оледенения Земли принимает участие большое количество различных по физической природе факторов. Это обстоятельство, а также сложность взаимосвязей процессов и недостаточная изученность многих из них затрудняют выяснение причин рассматриваемых событий. До сих пор не существует концепции, которая указывала бы на реальный путь количественного решения проблемы и имела достаточно широкое признание. Определённые перспективы в этом направлении открывает системный подход, разработка которого применительно к задаче о длиннопериодных колебаниях климата начата авторами книги. Методы системного анализа позволяют выделить (по количественным критериям) совокупность наиболее существенных климатообразующих процессов и отфильтровать в качестве шума всё остальное множество явлений. Это делает практически доступным построение математической модели климатической системы и определение внешних возмущений, действующих на неё. Реализация такого подхода показывает, что центральной задачей является разработка модели планетарной системы, включающей атмосферу, океан, поверхность суши и континентальные ледниковые покровы. Построение модели необходимо независимо от того, что является определяющим фактором формирования колебаний климата и оледенения — собственные термодинамические свойства системы или внешние возмущения. Исследование динамики климатических изменений, обусловленных внешними возмущениями (например, изменениями орбитальных параметров Земли), невозможно без модели планетарной системы «ледники-океан-атмосфера».

Проблема изучения причин и термодинамического механизма крупных изменений климата и оледенения Земли представляется в книге в виде постановки и решения в первом приближении следующих задач:
— построение математической модели системы, включающей океан, атмосферу и континентальные ледниковые покровы;
— изучение внешних возмущений, оценка их существенности и представление в количественной форме;
— исследование динамики системы на ЭВМ при заданных внешних возмущениях;
— сравнение теоретических результатов с возможно более полным набором эмпирических данных палеогеографии и палеоклиматологии.

Построение модели планетарной системы ледники-океан-атмосфера осуществляется на основе структурных методов теории систем управления. Исследование динамики системы на ЭВМ показывает, что для неё характерны автоколебательные режимы. Автоколебания возникают вследствие переноса массы и энергии между двумя крупными инерционными звеньями: океаном и материковыми льдами. Эти звенья объединены системой взаимных и обратных связей, существующих вследствие процессов тепло- и влагообмена в атмосфере. Внешние возмущения модулируют собственные колебания, возникающие в системе. Эти результаты проливают новый свет на природу колебаний климата и оледенения Земли в холодные периоды истории Земли. Кроме того, стало понятным, почему такие колебания не возникают в тёплые периоды: из-за отсутствия второго крупного инерционного звена — материкового оледенения — система становится апериодической…

Введение

Книги на ту же тему

1. Проблемы палеоклиматологии, Нэйрн А. Э. М., ред., 1968
2. Избранные труды. Палеогеография и новейшие отложения, Марков К. К., 1986
3. Возможности предотвращения изменения климата и его негативных последствий: проблема Киотского протокола: материалы Совета-семинара при Президенте РАН, 2006
4. Современные проблемы экологической метеорологии и климатологии: Сборник, посвящённый 85-летию академика Михаила Ивановича Будыко (1920—2001), Менжулин Г. В., ред., 2005
5. Может ли человек изменить климат. Два проекта. — 3-е изд., Борисов П. М., 2005
6. Может ли человек изменить климат. Два проекта, Борисов П. М., 2003
7. Динамика баланса массы ледников в связи с макроциркуляционными процессами в атмосфере, Федоров В. М., 2011
8. Оледенение Северной и Центральной Евразии в современную эпоху, Котляков В. М., ред., 2006
9. Воздействие тепловых потоков из океана на колебания климата высоких широт, Савченко В. Г., Нагурный А. П., 1987
10. Энергия и климат: Сборник статей, 1981
11. Климат и циркуляция океана, Манабе С., Брайен К., 1972
12. Климат города, Ландсберг Г. Е., 1983
13. Аэрозоль и климат, Кондратьев К. Я., ред., 1991
14. Суперкомпьютерное моделирование в физике климатической системы: Учебное пособие, Лыкосов В. Н., Глазунов А. В., Кулямин Д. В., Мортиков Е. В., Степаненко В. М., 2012
15. Математические модели циркуляции в океане, Марчук Г. И., Кочергин В. П., Саркисян А. С., Бубнов М. А., Залесный В. Б., Климок В. И., Кордзадзе А. А., Кузин В. И., Протасов А. В., Сухоруков В. А., Цветова Е. А., Щербаков А. В., 1980
16. Математическое моделирование общей циркуляции атмосферы и океана, Марчук Г. И., Дымников В. П., Залесный В. Б., Лыкосов В. Н., Галин В. Я., 1984
17. Спектральные модели общей циркуляции атмосферы и численного прогноза погоды, Машкович С. А., 1986
18. Метеорология и климатология: учебник. — 7-е изд., Хромов С. П., Петросянц М. А., 2006
19. Климатология. — 2-е изд., перераб. и доп., Алисов Б. П., Полтараус Б. В., 1974