Введение к работе
Актуальность темы. Человек в результате хозяйственной деятельности оказывает существенное влияние на климат. По некоторым прогнозам при сохранении действующих тенденций в потреблении органического топлива ожидаемое в ближайшие 20-30 лет глобальное потепление по своим масштабам и скорости может стать беспрецедентным в истории человеческой цивилизации. Если придерживаться антропоцентрической точки зрения, то прогнозы роста среднеглобальной температуры к концу следующего столетия приводят к угрожающим результатам. Согласно сценарию, разработанному в 1995 г. самой авторитетной международной организацией по климатическим изменениям (ІРСС), наиболее вероятное повышение глобальной температуры к 2100 г. составит 2,4С от уровня 1990 г. Столь существенный рост температуры вызывает обоснованную тревогу за устойчивость климатической системы. Мировое сообщество разрабатывает и принимает ряд мер по защите климата, понимая под этим, прежде всего, необходимость сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу. В марте 1994 г. вступила в действие Рамочная Конвенция ООН об изменении климата, предлагающая присоединившимся к ней странам ограничить эмиссию углекислого газа на уровне 1990 г. 4 ноября 1994 г. Государственная дума Российской Федерации эту Конвенцию ратифицировала.
Однако нужно понимать, что изменение климата обусловлено целым рядом причин, из которых антропогенная деятельность является всего лишь одним, хотя и очень важным фактором. Для того чтобы оценить степень его воздействия на климат, необходимо учитывать также и эволюцию естественных климатических факторов, к которым, в частности, относятся солнечная и вулканическая активность, автоколебания в системе атмосфера-океан (явление Эль-Ниньо), параметры орбиты Земли. Направление и характер изменений климата определяются тогда как поведение детерминированной составляющей глобальной температуры и могут быть выявлены на основе имеющегося в распоряжении эмпирического материала. Целесообразно при этом комбинировать статистические методы с теоретическими моделями, способными проследить во времени нестационарную реакцию климатической системы на внешний источник возмущений. Обращаясь к событиям прошлого, следует определить место установленных закономерностей в системе долговременных колебаний климата. Если имеется достаточная и подробная информация по истории климата, то долгопериодные тенденции могут быть оценены количественно. Таким образом, представляется возможность описать изменения климата в следующем столетии как результат сложной суперпозиции действующих в настоящее время закономерностей . развития
естественных и антропогенных факторов и долговременных (в масштабе тысячелетий) колебаний климата.
Цель работы
-
Моделирование и прогнозирование изменений концентрации СОг в атмосфере с учетом реальных тенденций в использовании ископаемого топлива и землепользовании.
-
Исследование степени антропогенного воздействия на климат на фоне естественных климатических изменений.
-
Реконструкция изменений солнечной активности и изучение ее связи с климатическими характеристиками.
-
Верификация и обобщение полученных результатов.
Научная новизна
-
Построена многокомпонентная модель углеродного цикла, позволившая описать обменные процессы с существенно разными характерными временами и выполнить базовый прогноз атмосферной концентрации ССЬ с учетом реальных тенденций изменения потоков углерода.
-
Осуществлено объединение нестационарной энергобалансовой и регрессионной моделей для исследования детерминированных изменений среднеглобалыюй температуры под воздействием антропогенных и естественных факторов.
-
Выявлена устойчивая, действующая в масштабе тысячелетий тенденция изменения солнечной активности, непосредственно связанная с изменениями климата.
-
Восстановлена картина изменения температуры Северного полушария за последние два тысячелетия и описаны количественно долговременные тенденции изменения естественного климата.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались численные методы решения нелинейных систем дифференциальных уравнений, а также методы теории случайных процессов, регрессионного анализа и непараметрического оценивания.
Практическая значимость. Осуществленная на базе представленных в работе моделей компьютерная реализация экспертной системы прогнозирования глобальных и региональных изменений климата полностью подготовлена для поддержки принятия решений при разработке национальной энергетической и экологической политики. Экспертная система успешно опробована при выполнении договора между МЭИ и администрацией Амурской области РФ по прогнозированию регионального климата Российского Дальнего Востока.
Представленные в диссертации результаты используются в научно-исследовательских работах при создании системы экологического мониторинга, а также при подготовке и переподготовке специалистов, работающих в области прогнозирования экологической ситуации и климата на кафедре инженерной экологии МЭИ.
Часть работы выполнена в рамках гранта N 1753-300224 "Energy-climate interaction in Russia and other CIS countries" Государственного департамента США.
Апробация. Материалы диссертации докладывались на научных семинарах по дифференциальным уравнениям кафедры математического моделирования МЭИ, в Московском географическом обществе, а также на следующих конференциях:
-
"Новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики" (Москва, Россия, октябрь 1995).
-
"Альтернативная энергетика и проблемы экологии" (Кемер, Турция, ноябрь 1995).
-
6-я Международная энергетическая конференция (Пекин, Китай, июнь 1996).
Публикации.Основные результаты диссертации опубликованы в 8 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.
