Введение к работе
Актуальность работы. Исследование генезиса крупных климатических событий прошлого^, дает возможность выполнить сравнительный анализ значимости различных климатообразующих факторов и глубже изучить природу естественной изменчивости климата в его историческом развитии, а также определить то место на эволюционной кривой, которое занимает современный климат. Получить достоверные результаты можно, используя климатические модели. Обеспеченность палеоданными крупных глобальных климатических событий позволяет, с одной стороны, с достаточной степенью надежности задавать граничные условия при моделировании (распределение материков и океанов, оледенения, растительности и др.), с другой - проверять достоверность результатов моделирования, сравнивая их с результатами палеоклиматических реконструкций, определяя степень чувствительности климатической системы к тем или иным климатообра-зующим факторам.
Проявление глобальных климатических изменений на региональном масштабе является частью фундаментальной проблемы эволюции климата. Актуальной в этом вопросе является оценка степени влияния неоднородно-стей подстилающей поверхности на региональные особенности реакции климата в ответ на изменения глобальных климатообразующих факторов.
Исследование генезиса флуктуации климатов прошлого и проявления их в отдельных регионах надежно может быть выполнено для голоцена -этот этап лучше всего обеспечен палеоданными, необходимыми для моделирования. Кроме того, по набору климатообразующих факторов голоцен очень близок к современному климату.
Цель и задачи работы. Цель работы заключается в исследовании роли горизонтальной неоднородности подстилающей поверхности, как климато-
образующего фактора, в условиях различных климатических сценариев (в прошлом - для 6 и 9 тыс. л.н., а также при удвоении концентрации парниковых газов в атмосфере), для двух регионов, характеризующихся высокой чувствительностью ландшафтной структуры к изменениям внешних клима-тообразующих факторов. Это территория юга Русской и Западно-Сибирской равнин и Средней Азии (35x55 с.ш. и 30x75 в.д.), а также северо-восток Русской и северная часть Западно-Сибирской равнин (55x75 с.ш. и 45x90 в.д.).
В рамках данного исследования были поставлены следующие задачи:
Создание отдельного варианта глобальной модели климата МГУ, дополненного региональным блоком, для более детализированного учета свойств подстилающей поверхности.
Оценка чувствительности климата выбранных районов к радиационному фактору - изменению количества инсоляции, поступающей на верхнюю границу атмосферы (ВГА) - AQBrA - в соответствии с теорией Миланковича; к изменению ландшафтов 6 и 9 тыс.л.н. и удвоению концентрации С02 в атмосфере
Исследование чувствительности климата к изменениям ландшафтов на территории выбранных районов при помощи региональной модели, встроенной в глобальную модель климата.
Изучение природы региональных изменений климата путем сравнительного анализа значимости исследуемых климатообразующих факторов.
Количественное сравнение результатов регионального моделирования палеоклиматов с данными палеореконструкций.
Научная новизна. Моделирование климата на региональном масштабе за счет высокого пространственного разрешения позволило провести более надежный взаимный количественный контроль палеоклиматических рекон-
струкций и модельного климата для соответствующих временных срезов.
Показано, что повышение уровня Каспийского моря 6 и 9 тыс.л.н. не могло происходить за счет изменений расходной части водного баланса водоема - разности испарений и осадков над зеркалом моря.
Подтверждена гипотеза о том, что механизм Миланковича являлся определяющим климатообразующим фактором в эпохи б и 9 тысл.н. для исследуемых районов. Несмотря на флуктуации, общая направленность тренда температуры воздуха в голоцене хорошо согласуется с AQerA-
Продемонстрировано, что изменение ландшафтной структуры подсти
лающей поверхности 6 тыс.л.н. сыграло большую роль в формиро
вании региональных климатических особенностей аридных и семиаридных
районов России. В северных широтах, несмотря на значительные измене
ния ландшафтов в эту эпоху, влияние этого фактора было мало. Количест
венно оценено действие обратной связи "изменение климата - изменение
ландшафта - изменение климата".
Исследована пространственная структура региональных аномалий метеорологических полей при глобальных флуктуациях климата 6 и 9 т.л.н.
Методика исследований. Исследования были выполнены на основе анализа результатов математического моделирования климата для различных климатических сценариев. Вычислительные эксперименты проведены на глобальной климатической модели, МГУ, построенной с полным описанием физических процессов в атмосфере и упрощенной динамикой, ее пространственное разрешение - 10x15 по широте и долготе соответственно. В отличие от предыдущих версий, глобальная модель МГУ была дополнена региональным блоком, позволяющим производить детализированный учет свойств подстилающей поверхности с разрешением порядка 1 (версия МГУ/РМ). Верификация модели МГУ/РМ осуществлялась за счет кон-
трольных экспериментов по воспроизведению современных климатических условий, результаты сопоставлены с реальными климатическими данными.
Далее проводились эксперименты по расчету климатических режимов в соответствии с выбранными климатическими сценариями. Отличия новых климатических характеристик от полученных в контрольном эксперименте, интерпретировались, как аномалии соответствующих величин и анализировались с учетом их статистической значимости, которая оценивалась при помощи ґ-критерия.
Практическая ценность. Выводы, полученные в работе, могут быть использованы в теории палеоклиматов; для составления регионального климатического прогноза, в том числе и на основе метода палеоаналогов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научной конференции студентов и аспирантов "Ломоносов-95" (Москва, МГУ, апрель 1995), семинаре секции метеорологии и климатологии Российского Географического общества (Москва, май, 1995), Ломоносовских чтениях географического ф-та МГУ (Москва, апрель, 1995), Европейских курсах по исследованию атмосфер (ERCA, Франция, Гренобль, февраль 1996), Курсах по моделированию атмосферы Земли и ее изменчивости (Лезуш, Франция, июль, 1997), научном семинаре лаборатории гляциологии и геофизики (CNRS, Гренобль, Франция, август, 1997), а также на научных семинарах лаборатории климатологии и гидрологии ИГ РАН.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Общий объем /<Г страниц, включая &f рисунков и /J таблиц. Список литературы включает /S_ названия.
