Изменение климата может развиваться по неожиданному сценарию

Изменение климата может развиваться по неожиданному сценарию

Физики Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) рассчитали, как будет меняться климат под воздействием случайных факторов или шума (изменение различных параметров, таких как концентрация углекислого газа в атмосфере, температура мирового океана и др.). В результате они получили сценарии развития, которые не имеют аналогов. Модели ситуаций ученые УрФУ и Лёвенского католического университета (Лёвен, Бельгия) опубликовали в журнале Physics Reports.

«Изменение климата связано со множеством параметров — скорость таяния льдов, опреснение мирового океана и изменение его температуры, уровень углекислого и других газов в атмосфере и прочие параметры. Взаимосвязь между ними и определяет траекторию динамики климата. Но просчитать эту траекторию невозможно, так как система слишком сложная. Кроме того, существуют возмущения, которые эту систему выводят из нормального состояния, — говорит профессор кафедры теоретической и математической физики УрФУ Дмитрий Александров. — Мы ставили цель выявить, насколько сильно непредсказуемые факторы влияют на динамику климата. И как показали расчеты, стохастическое воздействие может изменить климат совершенно неожиданно. Как “эффект бабочки”, когда небольшое возмущение приводит к непредсказуемым последствиям».

Изучив детерминированные матмодели с исходными данными, ученые добавили в них стохастический фактор (критерии, которые не учитывают существующие модели) и показали, что необходимо, чтобы климат перешел от теплого состояния к холодному (например, два устойчивых равновесия, между которыми система может переключаться). Так, две двумерные модели поясняют связь между средней глобальной температурой мирового океана и массой морского льда и взаимосвязь температуры и растительности. В первом варианте случайные факторы могут создавать колебания климата и стать причиной климатического хаоса. Во втором — шум с нарастающей интенсивностью может привести к постепенному снижению средней температуры и вызвать катастрофический сдвиг климатической системы к состоянию, когда Земля из покрытой растительностью превратится в снежный ком.

«Мы выявили условия, при которых климатическая система может быть выведена из состояния равновесия в режим осцилляций с большими перепадами температуры атмосферы и площади ледников. Причем для этого необязательно дожидаться глобальной катастрофы типа падения большого метеорита. В статье описаны ситуации, когда даже малые возмущения, вызываемые, на первый взгляд, несущественными факторами, например, плотность облаков, могут сделать поведение климатической системы непредсказуемым, то есть хаотическим», — поясняет профессор кафедры теоретической и математической физики УрФУ Лев Ряшко.

Три трехмерные модели учитывают состояние континентального и морского льдов, среднюю температуру мирового океана, концентрацию углекислого газа в атмосфере, массу льдов, площадь антарктического континентального ледяного щита. Кроме того, физики учитывали астрономический форсинг (параметры орбиты и наклон Земли). Расчеты по этим моделям показали, что даже небольшой случайный шум может вызвать серьезные колебания системы, после которых она перейдет от порядка к хаосу.

«Так как влияние всех переменных просчитать нельзя, мы взяли простые модели и сделали “срез” сложной динамической картины меняющегося климата. И если новое динамическое явление есть в простой модели, то оно содержится и в более сложной системе», — поясняет Дмитрий Александров.

Отметим, результаты исследования — итог пятилетней работы по многомасштабному математическому моделированию. Проект поддержал РНФ (№ 16-11-10095). Расчеты физиков помогут составить климатические модели, учитывающие современное положение вещей, и более адекватно описать состояние климата.

Читайте также

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>