МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРЕХОДА К СОВРЕМЕННОМУ КЛИМАТУ ПРИ СМЕЩЕНИИ ОСИ ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ Пархоменко В.П.

Вычислительный Центр им. А.А.Дородницына ФИЦ ИУ РАН (Москва)


Номер: 11-3
Год: 2016
Страницы: 125-128
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

глобальная климатическая модель, чувствительность климата, global climate model, climate sensitivity

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Существуют некоторые астрономические и исторические данные о возможности в прошлом другого положения оси вращения Земли и быстрого перехода к современному положению без изменения наклона оси к плоскости эклиптики. В настоящей работе проведены численные эксперименты по моделированию процесса перехода к современному климату в результате этого события. Расчеты проведены с использованием гидродинамической трехмерной глобальной климатической модели, включающей блоки атмосферы, термохалинной крупномасштабной циркуляции океана, морского льда. Развита методика формирования необходимых карт и связей между данными на них при смещении оси вращения Земли или использования новых картографических данных. Работа выполнена при поддержке Проектов РФФИ № 14-01-00308 и №14-07-00037, №16-01-0466.

Текст научной статьи

Существуют некоторые предположения и свидетельства о теплом климате в Северо-Восточной Сибири 12 - 24 тысячи лет назад [1-3]. Возможно, это связано с изменением расположения северного географического полюса в это время. В соответствии с мнением основателя теории дрейфа континентов А.Вегенера [4] северный географический полюс в эпоху последнего поздневалдайского или осташковского оледенения (12-24 тысячи лет назад), располагался почти в самом центре Гренландии, приблизительно на 15 град. южнее его современного положения. В этом случае расположение климатических зон в Арктическом регионе в тот период должно было быть иным. Если сейчас Северный полярный круг (66о с.ш.) проходит через значительную часть севера Азии (Западная и Восточная Сибирь, Чукотка) и севера Северной Америки (Аляска, Арктическая Канада), то тогда он должен был проходить севернее северной и северо-восточной Азии, Чукотки и Аляски (через острова Новая Земля и Северная Земля и в акватории современного Северного Ледовитого океана). Внутри северного полярного круга должны были быть северная часть полуострова Лабрадор в Канаде, значительная часть Скандинавии и северная часть Великобритании и Ирландии. Из такого расположения северного полярного круга следует, что основная часть территории северо-восточной Азии и Аляски должна была находиться в районе с умеренным климатом и хвойными и широколиственными лесами и степями. Американский геофизик А.О’Келли выдвигает еще более радикальное предположение о расположении северного географического полюса в эпоху этого оледенения - в районе острова Акпаток в Гудзоновом проливе, отделяющем полуостров Лабрадор от Баффиновой Земли, в точке, географическая широта которой составляет сейчас 60° с.ш. Эти представления изложены в соответствии с [5]. Причиной изменения положения северного географического полюса может быть изменение положения оси вращения Земли [5]. В последние годы предложена теория, объясняющая механизм глобального изменения климата и катастрофических изменений на Земле, разработанная в 1984 г. американским астрономом и геофизиком из НАСА П. Шульцем: это проскальзывание литосферы, приводящее к смещению географических полюсов Земли. Суть ее заключается в следующем. Земная кора вместе с твердой верхней частью мантии - литосфера - покоится на слое расплавленной мантии - астеносфере. Толщина литосферы - от 1-5 км в океанах до 50-100 км на материках при общем радиусе Земли 6370 км. Это дает возможность литосфере при сильном воздействии на нее (например, при касательном ударе летящего со скоростью 50 км/с астероида диаметром 20 км) проскальзывать по жидкой астеносфере без сколь-нибудь заметного изменения вращения всего гироскопа, в данном случае Земли. Однако наклон оси вращения Земли по отношению к плоскости эклиптики при этом не меняется. В настоящей работе, не вдаваясь в вопросы правильности этой теории, проведены численные эксперименты по определению климата Земли при смещении оси вращения Земли без изменения ее наклона к плоскости эклиптики и процесса перехода к современному климату в результате этого события. Расчеты проведены с использованием глобальной климатической модели и развитой методики формирования карт при смещении оси вращения Земли. Система уравнений модели океана рассматривается в геострофическом приближении с фрикционным членом в уравнениях импульса по горизонтали. Значения температуры и солености удовлетворяют адвекционно-диффузионным уравнениям, что позволяет описать термохалинную циркуляцию океана. Приближенным образом учитываются также конвективные процессы [6, 7]. В термодинамической модели морского льда динамические уравнения решаются для сплоченности льда и для средней толщины льда. Рост и таяние льда в модели зависят только от разности между потоком тепла из атмосферы в морской лед и потока тепла изо льда в океан. Для температуры поверхности льда решается диагностическое уравнение. Для описания процессов, протекающих в атмосфере, используется энерго- и влаго-балансовая модель. В модели решается вертикально проинтегрированное уравнение для температуры, определяющее баланс приходящего и уходящего радиационных потоков, явных (турбулентных) обменов потоками тепла с подстилающей поверхностью, высвобождения скрытого тепла из-за осадков и простой однослойной параметризации горизонтальных процессов переноса. Источники в уравнении переноса для удельной влажности определяются осадками, испарением и сублимацией с подстилающей поверхности. Все блоки модели связаны между собой обменом импульсом, теплом и влагой. Используются реальная конфигурация материков и распределение глубин мирового океана [8]. Уравнения в сферической системе координат решаются численным конечно-разностным методом. Глубина океана представляется в виде восьмиуровневой логарифмической шкалы до 5000 м. Первый численный эксперимент концептуально соответствует теории А.О’Келли. Предполагается, что ось вращения Земли смещается таким образом, что северный полюс находится в точке 60о с.ш. и 90о з.д. В используемой в модели картографической проекции конфигурация претерпела значительные изменения. Так, например, Антарктида сместилась к экватору. Расчеты велись из начального состояния характеризуемого постоянными температурами океана, атмосферы и нулевыми скоростями течений океана практически до установления стационарного режима. Начальное состояние характеризуется однородным полем температур океана и атмосферы и нулевыми скоростями течений в океане. На рис. 1 на современной глобальной карте показано рассчитанное распределение температуры атмосферы (оС) для января. Отмечается существенное повышение температуры во всей северной Азии. Нулевая изотерма в январе проходит по побережью северного Ледовитого океана. Потепление коснулось также и Скандинавии. Наряду с этим значительное охлаждение воздуха наблюдается во всей Северной Америке. Изолинии температуры имеют концентрическую структуру, группируясь вокруг нового северного полюса. Нулевая изотерма опускается до 30о с.ш. в этом регионе. Заметные изменения произошли и в южном полушарии, где в январе лето. Значительная область Антарктиды прогрелась до температур выше 15оС. Это должно привести к интенсивному таянию ледников в течение длительного времени. Рис. 1. Распределение температуры атмосферы (оС) для января при смещении оси вращения Земли на 30опо широте и -90о по долготе Значительное потепление области Северного Ледовитого океана приведет к таянию морского льда в Арктике, наблюдается уменьшение в 2 раза площади морского льда Значительная часть Северного Ледовитого океана свободна ото льда круглый год. Ледовый покров в ослабленном состоянии (толщина льда не превышает 1.5 м) по сравнению с современным присутствует только вблизи северного побережья Северной Америки. Вся акватория этого океана вдоль Европы и Азии свободна ото льда вплоть до северного полюса. Такая ситуация связана с перемещением северного полюса в район материковой части Америки. В южном полушарии покрыта льдом и зимой и летом только небольшая площадь на юге Индийского океана вблизи Антарктиды в районе локализации смещенного южного полюса. Сильные изменения температуры и ледового покрова приводят к существенным изменениям горизонтальной циркуляции, характеризуемой баротропной функцией тока. Традиционные кольца циркуляции либо ослаблены (Тихий океан), либо отсутствуют (Атлантический океан). Существуют только две области мощной циркуляции в разных направлениях на юге Тихого океана в районе нового южного полюса. Для сравнения, на рис. 2 показано рассчитанное распределение температуры атмосферы (оС) для января и современного положения оси вращения и конфигурации материков. Легко видеть существенную разницу по сравнению с рис. 1. Рис. 2. Распределение температуры атмосферы (оС) для января при современном положении оси вращения Земли Дальнейшие расчеты велись с начального состояния климатической системы, соответствующего смещенной оси вращения Земли, но предполагалось, что ось мгновенно переместилась в ее современное положение вследствие сильного внешнего воздействия. Изучался процесс перехода к современному климату. Расчеты показывают, что он занял несколько сотен лет, за которые стабилизировался на современном уровне ледовый покров океана и другие характеристики климатической системы.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.