Перспективы использования МОЦАиО для оценки агроклиматических условий
|
Введение………………………………………………………………………………………….3
Глава 1 Теория применения моделей общей циркуляции атмосферы и океана для прогнозирования агроклиматических условий……………………….………………………..5
1.1 Модели общей циркуляции атмосферы и океана……………………………………….5
1.2 Агроклиматические показатели и методы их расчёта
Глава 2 Комплексная методика оценки применимости моделей общей циркуляции атмосферы и океана в агроклиматологии
2.1. Используемые данные
2.2 Методика выбора наилучших климатических моделей для построения ансамбля моделей
2.3 Моделирование полей агроклиматических показателей при помощи ансамбля климатических моделей
Глава 3Результаты оценки качества ансамбля моделей и их воспроизведения пространственно-временных распределений агроклиматических показателей …………...29
3.1 Оценка качества ансамблевых данных
3.2 Оценка воспроизведения пространственного распределения агроклиматических показателей
Заключение
Список использованных источников
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Глава 1 Теория применения моделей общей циркуляции атмосферы и океана для прогнозирования агроклиматических условий……………………….………………………..5
1.1 Модели общей циркуляции атмосферы и океана……………………………………….5
1.2 Агроклиматические показатели и методы их расчёта
Глава 2 Комплексная методика оценки применимости моделей общей циркуляции атмосферы и океана в агроклиматологии
2.1. Используемые данные
2.2 Методика выбора наилучших климатических моделей для построения ансамбля моделей
2.3 Моделирование полей агроклиматических показателей при помощи ансамбля климатических моделей
Глава 3Результаты оценки качества ансамбля моделей и их воспроизведения пространственно-временных распределений агроклиматических показателей …………...29
3.1 Оценка качества ансамблевых данных
3.2 Оценка воспроизведения пространственного распределения агроклиматических показателей
Заключение
Список использованных источников
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
В эпоху современного глобального потепления многие отрасли хозяйства требуют адаптации к меняющимся условиям. Сельское хозяйство и растениеводство, в частности, особенно зависят от климатических условий. Для адаптации необходимо учитывать изменения радиационных, термических ресурсов, ресурсов влаги; также необходимо отслеживать изменение частоты опасных явлений (Страшная и др., 2013). В условиях климата будущего возможно появление явлений, которые в прошлом или в настоящий момент не оказывали значительного воздействия, но которые в будущем достигнут масштабов, которые невозможно проигнорировать.
Скорость глобального потепления такова, что климатические и агроклиматические условия могут кардинально измениться за пару десятилетий (МГЭИК, 2014), в то время как сельскохозяйственные культуры очень чувствительны даже к небольшим переменам в климате (Сиротенко и др., 2013). Это не оставляет выбора, кроме как делать попытки прогнозирования состояния агроклиматических условий в будущем. Существует достаточно много методов, позволяющие сделать прогноз агроклиматических показателей, которые в определённой степени могут обеспечить стабильное развитие сельского хозяйства. Одним из них является использование моделей общей циркуляции атмосферы и океана.
Основной проблемой в использовании моделей является их недостаточная точность (Мелешко, Говоркова, 2013), которая по отношению к агроклиматическим показателям может стать критически слабой. Тем не менее, каждый год климатические модели усовершенствуются, и их точность несколько увеличивается. Оценка точности моделирования современных климатических моделей освещается в данной работе.
Актуальность работы, в независимости от её результатов, заключается в том, что она сможет определить потенциал использования современных климатических моделей в агроклиматологии, тем самым способствуя решению проблем адаптации к глобальному потеплению.
Новизна работы заключается в исследовании не только классических, но и достаточно редко используемых в контексте изучения глобального потепления агроклиматических показателей, таких как биоклиматический потенциал и гидротермический коэффициент. Также в работе использовались модели из последней шестой фазы проекта CMIP (Coupledmodelintercomparisonproject), что позволило получить новые, актуализированные оценки, которые пока редко используются в агроклиматических исследованиях.
Объектом исследования является совокупность моделей общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАиО).
Предметом исследования является адекватность воспроизведения климатическими моделями изменения пространственно-временных распределений агроклиматических индексов и показателей под воздействием глобального потепления.
Цель работы – оценить применимость моделей общей циркуляции атмосферы и океана для оценки воздействия глобального потепления на пространственное распределение агроклиматических показателей.
В данной работе были поставлены следующие задачи:
1. Обозначить сущность, значимость моделей общей циркуляции атмосферы и океана для целей идентификации изменения климатических условий, наиболее важных для ведения сельского хозяйства.
2. Провести сравнение моделей общей циркуляции атмосферы и океана, по качеству пространственно-временного распределения основных климатических параметров по Европейской территории России, используя статистические критерии оценивания для дальнейшего составления ансамбля моделей.
3. По ансамблю наилучших моделей построить пространственно-временные распределения агроклиматических индексов и показателей по различным сценариям развития глобального потепления.
4. По полученным данным установить степень применимости моделей общей циркуляции атмосферы и океана для оценки агроклиматических условий будущего.
В реализации данных задач широко использовались методы анализа, сравнения и моделирования.
Структура работы состоит из введения, трёх глав с подразделением на параграфы, заключения, списка использованной литературы и трёх приложений.
Скорость глобального потепления такова, что климатические и агроклиматические условия могут кардинально измениться за пару десятилетий (МГЭИК, 2014), в то время как сельскохозяйственные культуры очень чувствительны даже к небольшим переменам в климате (Сиротенко и др., 2013). Это не оставляет выбора, кроме как делать попытки прогнозирования состояния агроклиматических условий в будущем. Существует достаточно много методов, позволяющие сделать прогноз агроклиматических показателей, которые в определённой степени могут обеспечить стабильное развитие сельского хозяйства. Одним из них является использование моделей общей циркуляции атмосферы и океана.
Основной проблемой в использовании моделей является их недостаточная точность (Мелешко, Говоркова, 2013), которая по отношению к агроклиматическим показателям может стать критически слабой. Тем не менее, каждый год климатические модели усовершенствуются, и их точность несколько увеличивается. Оценка точности моделирования современных климатических моделей освещается в данной работе.
Актуальность работы, в независимости от её результатов, заключается в том, что она сможет определить потенциал использования современных климатических моделей в агроклиматологии, тем самым способствуя решению проблем адаптации к глобальному потеплению.
Новизна работы заключается в исследовании не только классических, но и достаточно редко используемых в контексте изучения глобального потепления агроклиматических показателей, таких как биоклиматический потенциал и гидротермический коэффициент. Также в работе использовались модели из последней шестой фазы проекта CMIP (Coupledmodelintercomparisonproject), что позволило получить новые, актуализированные оценки, которые пока редко используются в агроклиматических исследованиях.
Объектом исследования является совокупность моделей общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАиО).
Предметом исследования является адекватность воспроизведения климатическими моделями изменения пространственно-временных распределений агроклиматических индексов и показателей под воздействием глобального потепления.
Цель работы – оценить применимость моделей общей циркуляции атмосферы и океана для оценки воздействия глобального потепления на пространственное распределение агроклиматических показателей.
В данной работе были поставлены следующие задачи:
1. Обозначить сущность, значимость моделей общей циркуляции атмосферы и океана для целей идентификации изменения климатических условий, наиболее важных для ведения сельского хозяйства.
2. Провести сравнение моделей общей циркуляции атмосферы и океана, по качеству пространственно-временного распределения основных климатических параметров по Европейской территории России, используя статистические критерии оценивания для дальнейшего составления ансамбля моделей.
3. По ансамблю наилучших моделей построить пространственно-временные распределения агроклиматических индексов и показателей по различным сценариям развития глобального потепления.
4. По полученным данным установить степень применимости моделей общей циркуляции атмосферы и океана для оценки агроклиматических условий будущего.
В реализации данных задач широко использовались методы анализа, сравнения и моделирования.
Структура работы состоит из введения, трёх глав с подразделением на параграфы, заключения, списка использованной литературы и трёх приложений.
Использование моделей общей циркуляции атмосферы и океана на сегодняшний день весьма велико. Основной целью является моделирование будущего состояния климатической системы для изучения процесса глобального потепления, разработке рекомендаций по смягчению и адаптации. Тем не менее, роль климатических моделей для целей агроклиматологии оставалась неясной.
В ходе работы были выполнены следующие задачи:
• выполнен анализ современных моделей;
• раскрыты социально-экономические траектории — сценарии развития человечества, на основе которых производилось моделирование;
• собраны данные метеорологических наблюдений, данные моделирования по исследуемым метеорологическим характеристикам;
• выбраны наиболее перспективные агроклиматические показатели, которые использовались в работе: сумма температур воздуха выше +10°С, продолжительность вегетационного периода, гидротермический коэффициент, биоклиматический потенциал и другие;
• разработана методика проведения исследования по оценке достоверности воспроизведения МОЦАиО температуры воздуха, влажности воздуха и сумм атмосферных осадков;
• выбраны критерии и статистические показатели для сравнения выходных данных МОЦАиО и данных метеорологических наблюдений;
• разработана методика составления ансамбля моделей с этапами интерполирования данных, применения показателей уклонения и введения двойной ранговой системы для обобщения результатов;
• представлена методика построения пространственных полей агроклиматических показателей и методика оценки их качества;
• выполнен анализ применимости климатических моделей для прогнозирования будущего состояния агроклиматических условий.
На основании проведённого исследования можно сделать следующие выводы:
• Модели общей циркуляции атмосферы и океана хорошо моделируют климатические и агроклиматические показатели, связанные с термическим режимом: температура воздуха, суммы температур воздуха и продолжительность вегетационного периода;
• Напротив, климатические модели весьма посредственно моделируют поля показателей, связанных с увлажнением, таких как годовая сумма осадков и сумма осадков за тёплый период, а также поля показателей влажности воздуха. Тем не менее, точность моделирования по сравнению с предыдущими поколениями климатических моделей возросла.
• Точность моделирования на равнинной территории весьма высока, в отдельных случаях хорошо мезоклиматические закономерности распределения исследуемых характеристик территории.
• Моделирование климата в горных районах на настоящий момент всё ещё не отличается высоким качеством, а ошибки при интерполировании могут распространиться на соседние равнинные территории.
На основе выводов можно дать следующие рекомендации по использованию моделей общей циркуляции современного поколения:
• моделирование полей сумм температур воздуха выше определённого значения, продолжительности вегетационного, безморозного периодов и их границ (даты перехода) с помощью климатических моделей оправдано и их можно использовать при составлении климатических прогнозов;
• результаты моделирования агроклиматических показателей, связанных с увлажнением территории и комплексных показателей, рекомендуется использовать только выполнив предварительный анализ для конкретного региона (зоны, территории);
• использование глобальных моделей теории климата в исследовании агроклиматических условий на горных территориях не рекомендуется;
• для моделирования простых агроклиматических показателей рекомендуется использовать специализированные ансамбли, основанные на оценке одного климатического показателя; для моделирования сложных агроклиматических показателей — ансамбли, построенные на анализе нескольких соответствующих показателей климата.
В ходе работы были выполнены следующие задачи:
• выполнен анализ современных моделей;
• раскрыты социально-экономические траектории — сценарии развития человечества, на основе которых производилось моделирование;
• собраны данные метеорологических наблюдений, данные моделирования по исследуемым метеорологическим характеристикам;
• выбраны наиболее перспективные агроклиматические показатели, которые использовались в работе: сумма температур воздуха выше +10°С, продолжительность вегетационного периода, гидротермический коэффициент, биоклиматический потенциал и другие;
• разработана методика проведения исследования по оценке достоверности воспроизведения МОЦАиО температуры воздуха, влажности воздуха и сумм атмосферных осадков;
• выбраны критерии и статистические показатели для сравнения выходных данных МОЦАиО и данных метеорологических наблюдений;
• разработана методика составления ансамбля моделей с этапами интерполирования данных, применения показателей уклонения и введения двойной ранговой системы для обобщения результатов;
• представлена методика построения пространственных полей агроклиматических показателей и методика оценки их качества;
• выполнен анализ применимости климатических моделей для прогнозирования будущего состояния агроклиматических условий.
На основании проведённого исследования можно сделать следующие выводы:
• Модели общей циркуляции атмосферы и океана хорошо моделируют климатические и агроклиматические показатели, связанные с термическим режимом: температура воздуха, суммы температур воздуха и продолжительность вегетационного периода;
• Напротив, климатические модели весьма посредственно моделируют поля показателей, связанных с увлажнением, таких как годовая сумма осадков и сумма осадков за тёплый период, а также поля показателей влажности воздуха. Тем не менее, точность моделирования по сравнению с предыдущими поколениями климатических моделей возросла.
• Точность моделирования на равнинной территории весьма высока, в отдельных случаях хорошо мезоклиматические закономерности распределения исследуемых характеристик территории.
• Моделирование климата в горных районах на настоящий момент всё ещё не отличается высоким качеством, а ошибки при интерполировании могут распространиться на соседние равнинные территории.
На основе выводов можно дать следующие рекомендации по использованию моделей общей циркуляции современного поколения:
• моделирование полей сумм температур воздуха выше определённого значения, продолжительности вегетационного, безморозного периодов и их границ (даты перехода) с помощью климатических моделей оправдано и их можно использовать при составлении климатических прогнозов;
• результаты моделирования агроклиматических показателей, связанных с увлажнением территории и комплексных показателей, рекомендуется использовать только выполнив предварительный анализ для конкретного региона (зоны, территории);
• использование глобальных моделей теории климата в исследовании агроклиматических условий на горных территориях не рекомендуется;
• для моделирования простых агроклиматических показателей рекомендуется использовать специализированные ансамбли, основанные на оценке одного климатического показателя; для моделирования сложных агроклиматических показателей — ансамбли, построенные на анализе нескольких соответствующих показателей климата.
Подобные работы
- Современные тенденции и прогноз агроклиматических условий и эволюции почв Верхнего Поволжья
Магистерская диссертация, гидрология. Язык работы: Русский. Цена: 4870 р. Год сдачи: 2023