Динамика нелинейных взаимодействий в глобальной климатической системе

summary

У вступі обговорюються актуальність та сучасний стан досліджень кліматичних процесів, формулюються цілі та задачі дисертації, показаний зв’язок роботи з науковими дослідженнями, що проводяться в Одеському державному екологічному університеті, викладені методи дослідження та наукова новизна одержаних результатів, положень та висновків, їх обґрунтованість та достовірність, описані наукове та практичне значення роботи, її апробація, об’єм публікацій та структура роботи.

В першому розділі дисертації, базуючись на огляді літератури, розглядаються фактори, які обумовлюють зміни в глобальній кліматичній системі на різних часових масштабах.

В параграфі 1.1 в загальних рисах описується радіаційний баланс в атмосфері Землі. Як відомо, теплоємкість атмосфери є малою і приблизно до­рівнює теплоємкості океану завтовшки 3,1 м. При цьому більша частина атмосфери характеризується істотним від’ємним радіаційним балансом. Втрата тепла визначається, в першу чергу, довгохвильовим випромінюванням атмосфери. Цей дефіцит променевої енергії повинний компенсуватися переносом енергії від земної поверхні, де радіаційний баланс є додатним. Відчутне та приховане тепло від земної поверхні переноситься теплопровідністю та випаровуванням, а у вільній атмосфері – упорядкованими циркуляційними системами різного масштабу, від купчасто-дощових хмар до циркуляції Ґедлі.

В параграфі 1.2 розглядаються основні формулювання перетворення енергії в атмосфері та обґрунтовується можливість використання атмосферної енергетики як діагностичного засобу для виявлення коливань клімату. Також описуються поняття доступної потенціальної енергії, трансформованої Ейлеревої середньої та можливість застосування останньої при опису циклу енергії в атмосфері.

Параграф 1.3 присвячений опису антропогенного впливу на глобальну кліматичну систему. Через те, що одним з основних процесів, які впливають на перерозподіл енергії всередині системи "атмосфера – суша – океан" є можливе зростання глобальної температури за рахунок підвищення концентрацій парникових газів (серед яких основними є вуглекислий газ, метан, тропосферний озон та ґалокарбони), то цей процес враховується майже в усіх гідродинамічних моделях загальної циркуляції атмосфери та океану при прог­нозі на найближчі декілька століть.

В параграфі 1.4 розглядаються основні глобальні структури телеконекції та їх вплив на зміни в кліматичній системі Землі. Одним з підходів, який використовується при моделюванні змін клімату, є ідентифікація відгуку кліматичної системи на зміни температури в тропічній частині Тихого океану, тобто моделюється відгук глобальної атмосфери на події Ель Ніньо-Півден­ного коливання (ЕНПК). Саме ж ЕНПК є динамічною системою океана та атмосфери, що змінюються та взаємодіють. Властивість відтворювати взаємодію атмосфери та океану мають також й інші основні структури телеконекції, такі як Північноатлантичне коливання (ПАК), коливання Тихий океан-Північ­на Америка (ТПА), а також так звані кільцеві моди – Арктичне коливання (АК) та Антарктичне коливання (ААК). Іншою особливістю структур телеконекції є те, що вони взаємодіють між собою. Ця взаємодія виявляється як нелінійна та виглядає як частково синхронізований хаос. Для такої комплексної системи мабуть єдиної можливістю реального моделювання є припущення, що тільки декілька різних механізмів становляться превалюючими в процесі, так що динаміка системи спрощується з відповідним зменшенням діючих ступенів свободи.

В параграфі 1.5 розглядаються фактори, які обумовлюють зміни клімату на часовому масштабі в сотні тисяч років і пов’язані зі змінами параметрів земної орбіти. Якщо розглядати Землю як величезну відкриту систему, в якій відбуваються процеси самоорганізації та еволюції, то природно було б в нелінійних моделях глобального клімату цілеспрямовано враховувати різноманіт­ні зовнішні регулярні та/або хаотичні збурення, що породжують розв’язки, які відповідають коливанням температури в минулому, що спостерігаються експериментально. Зі всього різноманіття теорій, які запропоновані для пояснення обледенінь в плейстоцені, тільки теорія Міланковича про ритми льодовикових періодів, що викликаються регулярними змінами параметрів орбіти Землі в гравітаційному полі Сонячної системи, природним чином ураховує еволюцію зовнішнього збурення і, що є особливо важливим, припускає експериментальну перевірку її висновків стосовно змін клімату у минулому.

В другому розділі дисертації розглядаються рівняння, що описують цикл енергії в атмосфері, а також впроваджується удосконалення трансформованої Ейлеревої середньої, яке враховує приховане тепло конденсації.