Глобальное потепління і Арктика

Глобальное потепління і Арктика

Одно з найвагоміших впливів на біосферу і його підсистеми, що з антропогенної активністю, — глобальне потепління. Воно проявляється у зміні клімату і біоти: продукционного процесу у екосистемах, зсуві кордонів рослинних формацій, зміні врожайності сільськогосподарських культур. Особливого значення ці впливу мають для високих і середніх широт Cеверного півкулі. Ці регіони виявляються серед головних джерел постачання та одночасно об'єктів подібних впливів. Тут глобальне потепління проявиться особливо сильно: за розрахунками, температура атмосфери найбільше підвищиться саме у високих і середніх широтах. З іншого боку, природа високих широт особливо сприйнятлива до різним впливам і дуже повільно відновлюється. З з іншого боку, процеси в Арктиці можуть зробити помітне впливом геть глобальні зміни. Це, наприклад, динаміка і оптичні властивості снігу та криги, участь вічної мерзлоти в біогеохімічних циклах тощо. буд. Оцінка ролі Арктики в формуванні глобальним змінам повинна враховувати взаємодії наступних чинників: биота і глобальний цикл діоксиду вуглецю, гідрологічний режим, вічна мерзлота, сніжний покрив і льодовики, прибережні процеси, циркуляція океану та структура донних вод, динаміка, теплової баланс і склад атмосфери, сонячне проміння і геомагнитные впливу. Усе свідчить про важливість математичного моделювання клімату і великомасштабних процесів в екосистемах високих і середніх широт Північного півкулі. Ми намагатимемося розповісти про моделюванні природних процесів, заснованому розробка і модифікації системи різних математичних моделей.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗМІН КЛИМАТА

В останні десятиліття створено різні моделі, з допомогою яких можна оцінити впливом геть клімат змін складу атмосфери. Це сприяло усвідомленню механізмів майбутніх змін. Для розрахунків у таких моделях необхідно обраховувати перенесення сонячного і теплового (довгохвильового) випромінювання в атмосфері що за різних співвідношеннях її компонентов.

Наряду з цим потрібно описати обмін енергією між радиационно-активной турбулентной атмосферою і неоднорідними поверхнями суші, океану та криосферы. Система взаємодіючих елементів дуже складна, і досі пір немає моделей, які б повністю врахувати всю сукупність природних процесів перенесення у атмосфері і в Землі. Існують досить прості і складніші моделі. Найскладнішими виявляються кліматичні моделі, враховують загальну циркуляцію атмосфери і океану. З іншого боку, потрібні моделі, відбивають еволюцію морського криги й різні процеси суші (освіту й зміна снігового покрову, зміст вологи у грунтах і її випаровування растительностью).

Модель клімату, розроблена в Обчислювальному центрі РАН, включає блок, описує процеси у атмосфері з просторовим дозволом 4×5°, і океанський блок, являє собою інтегральну модель діяльного шару океану з заданим розподілом течій. Moдель задовільно описує основні сезонні і географічні характеристики глобального климата.

В цієї моделі розраховані, зокрема, розподілу за висотою змін температури повітря у Землі при подвоєнні змісту СО2 у атмосфері. Максимальне потепління становитиме 4 °C, сильніше позначиться над материками, а найсильніше проявиться взимку близько Азії. Це з неминучим зрушенням кордону снігової покриву на північ. Зміна кількості опадів має «плямисту «структуру. Збільшення кількості опадів зумовлено інтенсивнішим випаром із поверхні океану та наступним випаданням суші. Проте існують області, де опадів стане меньше.

ЭКОСИСТЕМЫ ХВОЙНИХ ЛЕСОВ

Отмечаемые нині і прогнозовані на найближчі десятиріччя підвищення змісту СО2 у атмосфері й потепління ведуть до серйозних змін у тайгових і тундрових екосистемах Арктики і Субарктики: зміни продуктивності, зміні видового складу, зрушенню кордони між лісом і тундрою. Автори спробували з допомогою моделі оцінити, як вплинуть зміни клімату на продукционный процес у лісової екосистемі і, як рушать північна і південна кордону лісових екосистем помірної зони Північного полушария.

Модель продукционного процесу екосистем хвойного лісу описує динаміку вуглецю і води, і навіть основні біотичні і абіотичні чинники у яких. У моделі враховані такі процеси, які у рослинах: фотосинтез, подих, зростання і відмирання органів, розподіл засвоюваних поживних речовин між органами. Модель враховує динаміку вологості грунтів та потоку води з її профілю, інтенсивність осадів та випаровування, гидродинамическое опір і водний потенціал грунту, дію гравітації на транспорт води. Після перевірки моделі за результатами спостережень над ялинниками у закутку південної тайзі на Валдаї та інші ділянками в хвойно-широколиственных лісах і північної тайзі, її використовували для описи глобальних процесів у зависоких і середніх широтах Північного полушария.

В частковості, оцінювалося вплив можливих змін на продукционный процес екосистем ялинових лісів у різних кліматичних зонах (різними широтах і меридіани). Було отримано розподіл змін річний продукції і на випаровування води в екосистемах за умови, що температура повітря на протягом вегетаційного періоду вище на 1 °З. Виявилося, продукція ялинових лісів збільшується північніше 60° (з широтою дедалі більше — у 66° зростання сягає 3%) і зменшується південніше цієї широти. Зі збільшенням кількості опадів продуктивність екосистем підвищується, причому на півдні - дедалі більше. Так, збільшення кількості опадів на 6% на широті 62° тягне зростання продуктивності на 0,1%, але в широті 58° - 3,4%.

СДВИГ ПРИРОДНИХ ЗОН

Различные зміни у екосистемах зміною клімату оцінювалися неодноразово. Тут ми обговоримо зрушення кордонів системи природних зон «тайга — тундра ». У використовуваної моделі закладено розділяються більшістю фахівців уявлення, що у постійних кліматичні умови екосистема у своїй розвитку неминуче дійшов стійкого стану — климаксу. Інакше кажучи, за постійних умовах перетворюється на цьому місці екосистема досі у єдино можливий усталеному становищі рівноваги, наприклад «тундра «чи «тайга » .

Предположим, зміст діоксиду вуглецю у атмосфері удвічі більше сучасного. Щоб простежити над переміщенням північної кордону лісу, розіб'ємо в ділянки в широтному напрямі, кожному з яких положення кордону визначають температура, рельєф, річковий стік і вічна мерзлота (перелік чинників позичений із публікацій і експертні оцінки). Результати модельних розрахунків свідчать, якщо зони тайги зрушить на північ переважно на 100−200 км. Де-не-де цей зрушення буде набагато менше, або її буде зовсім.

ВЛИЯНИЕ ГЛОБАЛЬНОГО ПОТЕПЛІННЯ НА АРКТИЧНИЙ БАССЕЙН

Арктический басейн — дуже специфічний об'єкт для математичного моделювання загальної циркуляції через низку важливих відмінностей від решти Світового океану. По-перше, майже які повсюдно та постійно покритий льодом. У цьому потоки тепла, вологи і імпульсу з атмосфери в океан значною мірою визначаються станом морського льоду: його завтовшки, згуртованістю тощо. буд. По-друге, розподіл щільності води у Північному Льодовитому океані зумовлено розподілом її солоності, а чи не температури, в інших океанах. По-третє, значна частина океану посідає мілководні окраїнні моря, а дно його глибоководнішій частині порізано високими підводними хребтами. У Обчислювальному центрі РАН розробили багатопланова гібридна модель загальної циркуляції океану. Обчислення виконувалися в точках, розміщених у вузлах сітки з кроком 2° за широтою, тобто. близько 220 км. По вертикалі товща води в океані ділилася на 6 верств. Солоність сусідніх верств розрізнялася приблизно за 0,8%. Рельєф дна ставилося у найзагальнішому вигляді, проте зберігав все основні особливості природного. Враховувалися стоки основних річок, які впадають у океан. Додатковий берегової стік розподілявся рівномірно у всій кордоні області.

Результаты розрахунків дозволили виявити реакцію океану на парниковий ефект. Середньозважене у всій глибині океану потепління становить близько 1,5°С, що менше, ніж загалом з Північного півкулі. Це викликано тим, що верхній шар океану виявився сильно распресненным через танення криги й збільшення річкового стоку. Більше тепла, прісна отже, менш щільна вода, накопичуючись в верхньому прошарку, перешкоджає проникненню тепла в нижні верстви. Танення морського льоду через потепління виявилося таким сильним, що його в літні місяці зменшилася на 80%. Порушення вертикальної конвекції океанських вод (найбільше потепління у верхній шарі) викликає перебудову всієї циркуляції океану. Зокрема, збільшуються швидкості дрейфовых течій, що з зменшенням товщини льоду веде до зростання торосистости. Такі зміни кліматичного режиму неминуче матимуть наслідки як у акваторії, а й у прибережних областях. Так, підйом рівня океану з допомогою потепління становитиме від 0,1 до 0,2 м, що може спричинити до затоплення усть великих річок, особливо у Сибири.

В цілому, можна сказати, що клімат Арктичного басейну стане більш теплим і вологим, різко посиляться штормові вітри, а океані зменшиться площа льодів, влітку майже нуля.

ИЗМЕНЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТІ І ЗРУШЕННЯ ЗОНИ ЛЕСОВ

Чтобы оцінити вплив збільшення концентрації СО2 і потепління на клімат, екосистеми й врожайність, виконали чисельні розрахунки на кліматичної моделі. Моделі, описують динаміку екосистем, і в експертних оцінках дозволили визначити усунення кордонів лісів за відповідного зміні клімату. Це призводить до зміни альбедо (відбивної здатності оптичних) і вологості земної поверхні, що, своєю чергою, стимулюватиме глобальний клімат. Звісно, помітне усунення рослинних зон можливе лише через 100−200 років, проте зазначений ефект може виявлятися як тенденція зміни клімату. Основні зміни перебувають у зміщення зони лісів північ. Природно, що це він найбільше позначиться кліматі полярних і приполярних областей.

Численные експерименти проводилися на кліматичної моделі Обчислювального центру РАН. У ролі граничних умов задавалися нових значень альбедо у тих галузях, де ліс заміщується іншими рослинними співтовариствами. Результати підрахунків пророкують помітне похолодання (на 1−2 °З) в північних областях Європи та Азії через ослаблення нагріву земної поверхні внаслідок збільшення альбедо. Отже, зрушення природних зон частково компенсує загальне потепління, викликане парниковим ефектом у Європі Північної Азии.

Итак, результати розрахунків прогнозують значних змін клімату і біотичних процесів в Арктиці, і навіть перебудову загальної циркуляції у Північному Льодовитому океані за рахунок парникового ефекту. Ці зміни матимуть економічні та екологічні наслідки планетарного масштабу і дружина мають викликати адекватну реакцію людства. Це особливо важливо у світлі зростаючу роль півночі Росії взаємопов'язані як сировинної бази (нафту, природного газу, кольорові метали, деревина) і найважливішої транспортної магістралі. Звільнення поверхні Північного Льодовитого океану від льоду дозволить перетворити їх у найважливішу цілорічну транспортну артерію, проте збільшення вологості, посилення туманів і штормів потребує великих капіталовкладень у забезпечення безпеки морського і повітряного транспорту. Затоплення усть річок стимулюватиме плани розміщення промислових і житлових зон, а також транспортних терміналів. Зміна продуктивності і видового складу тундрових і тайгових екосистем позначиться біоті всього регіону, тому необхідно розгорнути роботи з збереженню унікальної природи Арктичного басейну. Для аналізу можливої ситуації та визначення адекватних превентивних заходів, здатних запобігти (і якщо треба, те й використовувати) наслідки парникового ефекту у цьому регіоні, необхідно розвиток і вдосконалення математичних моделей і методів, насичення їхній кругозір новими натурними данными.

Список литературы

А.А. Мочалов, В. П. Пархоменко, А. М. Тарко. Глобальне потепління і Арктика.

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту internet.