ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ И АНТРОПОГЕННЫХ
ФАКТОРОВ НА ГЛОБАЛЬНЫЕ КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ,
ИХ ПРОЯВЛЕНИЯ В СИБИРСКОМ РЕГИОНЕ И НА ОЗ. БАЙКАЛ

Координатор: акад. Жеребцов Г. А.

Исполнители: ИСЗФ, ИКФИА, ИВМиМГ, ЛИН, ИГ, ИОА СО РАН, ИрГУ


На основании данных наблюдений и с помощью модели общей циркуляции атмосферы выявлены возможные механизмы влияния гелиогеофизических факторов на состояние атмосферы. Выделено два наиболее вероятных механизма воздействия гелиогеофизических факторов на погодные и климатические характеристики: изменение количества ядер конденсации в тропосфере вследствие вариаций интенсивности космических лучей и последующее изменение количества облаков; изменение вертикального распределения ядер конденсации в тропосфере за счет вариаций электрического поля атмосферы. В обоих случаях основными объектами воздействия являются аэрозоли и облачность, которые могут приводить к изменениям в распределении атмосферного аэрозоля, появлению облачности и выделению тепла конденсации.

Методом наложенных эпох изучена реакция термобарического поля атмосферы и облачности на изменения интенсивности галактических космических лучей и вариации других геофизических характеристик. Выполнены модельные расчеты циркуляции атмосферы для различных условий формирования облаков разных ярусов. Получено, что изменения термобарического поля происходят в полярных областях и зонах повышенной бароклинной неустойчивости. Эти результаты соответствуют наблюдениям и подтверждают исходное предположение о важной роли облачности в солнечно-тропосферных связях. При кратковременных изменениях условий облакообразования, моделирующих внезапные гелиогеофизические возмущения, реакция имеет сначала “орографический” характер — наибольшие возмущения термобарических полей происходят вблизи горных хребтов, затем отклик усиливается в “бароклинных” областях вблизи восточных побережий континентов.

Установлено, что основные значимые вариации приземной температуры воздуха в Прибайкальском регионе за период 1881—1960 гг. обусловлены солнечной переменностью. Начиная с 1960-х годов и по настоящее время при сохранении влияния солнечной переменности наблюдается явное воздействие другого фактора, роль которого непрерывно возрастает и в последнее десятилетие уже превышает вклад солнечной переменности. Вероятнее всего, этим новым фактором являются глобальные изменения термического режима атмосферы, обусловленные антропогенным фактором. Именно в эти годы, согласно большинству модельных расчетов, началось быстрое возрастание глобальной температуры, обусловленное парниковым эффектом (рис. 1).

Рис. 1. Сравнение средней мощности солнечного цикла (1) с вариациями температуры воздуха в Иркутске, усредненной по солнечному циклу (2).

Fig. 1. Comparison of the mean power of cycle (1) with air temperature variations at Irkutsk, averaged over a solar cycle (2).

Детально исследована пространственная и временная структура климатических изменений на территории Сибири, реакция экзогенных рельефообразующих процессов на изменения климата степей и лесостепей южной части Сибири, связь климатических изменений с изменениями общей циркуляции атмосферы, выявлены долговременные изменения общей циркуляции атмосферы и квазидесятилетние вариации, возможно, обусловленные гелиогеофизическими факторами.

Изучение центров действия климатической системы методами факторного анализа показало, что Байкальский регион находится между крупномасштабными термобарическими образованиями. Многолетние изменения температуры воздуха связаны с изменениями этих образований и режима циркуляции атмосферы. Повышение температуры воздуха ведет к увеличению повторяемости меридиональных и западных переносов. Выявлены формы циркуляции, ответственные за повышения и понижения зимней температуры в Сибири. Изменения повторяемости этих типов со временем имеют квазидесятилетнюю составляющую.

Изменения повторяемости основных форм циркуляции зимой связаны с изменениями положения и интенсивности основных центров действия Северного полушария — Исландской и Алеутской депрессий. Летом и в переходные сезоны года на циркуляцию атмосферы в Сибири влияют южные переносы. В это время отмечается высокая корреляция вариаций барического поля в Центральной Азии и умеренных широтах Южного полушария. Эту связь можно объяснить либо интенсивными переносами массы через экватор, либо синхронными изменениями на севере и на юге, обусловленными внешними факторами.

Исследованы долговременные изменения аэрозольных полей атмосферы и элементов радиационного баланса в Сибирском регионе, возможно, частично обусловленные внешними гелиогеофизическими факторами. Спектральный анализ годовых сумм радиации выявил гармоники, почти совпадающие с периодами изменения прозрачности ~ 2,5, 3, 4 (для прямой и рассеянной радиации), 9, 11 лет. Последние гармоники близки к межвулканическим периодам, циклам солнечной активности и сменам форм циркуляций. Показано, что за последние 50 лет наблюдается статистически значимое снижение сумм прямой и суммарной солнечной радиации. В распределении рассеянной радиации за период 1939—1986 гг. обнаружена отчетливая 11-летняя периодичность.

Разработана оригинальная методика расчетов распространения примесей, позволяющая сконструировать сценарии атмосферной циркуляции, используя принцип декомпозиции функций состояния по масштабам процессов на фоновые и возмущения. Фоновые процессы генерируются на базе данных о реальном поведении климатической системы с использованием специальным образом выделенных информативных базисов и фазовых пространств, построенных на их основе, а детальная пространственно-временная структура возмущений рассчитывается с помощью обычной численной модели.

Проведены исследования влияния глобальных и региональных климатических и экологических изменений на экосистему оз. Байкал, выполнено моделирование распространения техногенных примесей в районе Прибайкалья. Установлены закономерности изменения гидрологических процессов на Байкале в связи с глобальным потеплением, дана предварительная оценка их ожидаемых изменений в ХХI столетии.

Показано, что флуктуации климата продолжительностью 10—30 лет оказывали влияние на интенсивность развития планктонных организмов, что должно было отразиться и на запасах биогенных элементов в Байкале. Наиболее интересные явления происходили в конце ХХ столетия, когда вызванная сильным потеплением “вспышка” в развитии водорослей привела к значительному для озера снижению запасов кремния (на 28 %) и возрастанию скорости накопления биогенного кремнезема в донных отложениях Байкала (рис. 2).

Рис. 2. Концентрация кремния в водных массах отдельных котловин и всего Байкала в 1993-2001 гг. 1 - Южный, 2 - Северный, 3 - Средний Байкал, 4 - все озеро.

Fig. 2. Silicon concentration in water masses of separate hollows and in all Baikal during 1993-2001. 1 - South Baikal, 2 - North Baikal, 3 - Middle Baikal, 4 - all lake.

Экспериментально и с помощью модельных расчетов исследовано распространение техногенных примесей в районе озера Байкал. Экспериментальные измерения производились на стационарной станции в котловине озера Байкал и на экспедиционном судне “Герман Титов”. В модельных расчетах использован принцип декомпозиции функций состояния по масштабам процессов.

Список основных публикаций

  1. Жеребцов Г. А., Коваленко В. А. Проявление глобальных изменений в климатических характеристиках Прибайкалья// Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физики Солнца. 2001. вып. 113. С. 172—177.
  2. Nikolashkin S. V., Ignatyev V. M., Yugov V. A. Response of the subauroral lower thermosphere and mesopause temperatures on strong polar stratosphere winter warming// J. Atmos. and Solar-Terr. Physics. 2001. V. 63, N 9. P. 859—863.
  3. Пененко В. В. Выявление областей повышенной экологической уязвимости: концепция и подходы к реализации// Оптика атмосферы и океана. 2001. Т. 14, № 6—7. С. 596—600.
  4. Шимараев М. Н., Куимова Л. Н., Синюкович В. Н., Цехановский В. В. О проявлении на Байкале глобальных изменений климата в ХХ столетии// Докл. РАН. 2002. Т. 383, № 3. с. 397—400.

  Оглавление Далее