Помощь студентам в учебе
Изменения экстремальных климатических условий Земли в XIX-XXI столетиях
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. Глобальный климат и его прогноз 5
1.1 Изменения современного климата 5
1.2 Климатические модели 8
1.3. Сценарии изменения климата 10
ГЛАВА 2.Характеристики критериев экстремальности климата 13
ГЛАВА 3. Воспроизведение глобального термического режима с помощью моделей CMIP5 19
3.1. Сравнение наблюдений с моделями 19
3.2 Тенденции изменения термического режима за период 1861-218 гг 20
ГЛАВА 4. Изменения экстремальных климатических условий Земли в XIX- XXI столетиях 22
4.1. Динамика показателей экстремальности климатических условий Земли
в исторический период 22
4.2 Прогноз экстремальных климатических условий Земли при разных
сценариях RCP 30
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 50
ПРИЛОЖЕНИЕ 54
ГЛАВА 1. Глобальный климат и его прогноз 5
1.1 Изменения современного климата 5
1.2 Климатические модели 8
1.3. Сценарии изменения климата 10
ГЛАВА 2.Характеристики критериев экстремальности климата 13
ГЛАВА 3. Воспроизведение глобального термического режима с помощью моделей CMIP5 19
3.1. Сравнение наблюдений с моделями 19
3.2 Тенденции изменения термического режима за период 1861-218 гг 20
ГЛАВА 4. Изменения экстремальных климатических условий Земли в XIX- XXI столетиях 22
4.1. Динамика показателей экстремальности климатических условий Земли
в исторический период 22
4.2 Прогноз экстремальных климатических условий Земли при разных
сценариях RCP 30
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 50
ПРИЛОЖЕНИЕ 54
На протяжении всей истории климат постоянно меняется. Изменение климата связано как с изменением термического режима, так и с изменением газового состава атмосферы. В настоящий момент проблема изменения климата является наиболее актуальной. Связано это, прежде всего, с усилением антропогенного воздействия на климат и на процентный газовый состав атмосферы. Происходит это за счет выбросов С02, и других парниковых газов в атмосферу.
Стоит отметить, что в XX веке изменение климата приобрело весьма стремительный характер. Посменно чередовались периоды похолодания и потепления. За последнее столетие было отмечено, что средняя годовая глобальная температура воздуха увеличилась на 0.6±0.2°С. В конце 50-х годов потепление начала века - (1910-1946гг.) сменилось незначительным похолоданием - (1947-1975 гг.). А с 1976 года была зафиксирована наиболее интенсивная фаза потепления XX века, продолжающаяся и по сей день: начало её отсчета обусловлено именно более серьёзным влиянием антропогенного фактора и об этом заявила Всемирная метеорологическая организация.
Стоит также отметить, что настоящий период времени отмечен урбанизацией, молниеносно растут города, в которых уже сейчас проживает треть населения Земли. Таким образом, ещё и урбанизация имеет своё существенное влияние на климат.
Актуальность и необходимость данной научно-исследовательской работы заключается в возросшем интересе к изменениям климата, которые вызывают всё больше неблагоприятных последствий для здоровья человека и для экономики страны в целом.
Целью данной работы является изучение изменений экстремальных климатических условий Земли в XIX-XXI столетиях.
з
В качестве исходного материала в работе использовались данные наблюдений за температурой воздуха Университета Восточной Англии HadCRUT4 за период 1850-2018 гг., и значения основных индексов экстремальности климата моделей CMIP5 за период с 1861 по 2100 гг. Список моделей, которые использовались в работе: ACCESS1-0 bcc-csml-1 bcc-csml-1-m CanESM2 CCSM4 СМСС-СМ CMCC-CMS CNRM-CM5 CSlRO-Mk3-6-0 GFDL-ESM2G GFDL-ESM2M GISS-E2-R GISS-E2-R HadGEM2-CC HadGEM2-ES inmcm4 IPSL-CM5A-LR IPSL-CM5B-LR MIROC5 MIROC-ESM MIROC-ESM-CHEM MPI-ESM-LR MPI-ESM-MR MRI-CGCM3 NorESMl-M. Более подробно были рассмотрены 10 моделей (bcc-csm 1-1 bcc-csm 1 -1 -m CCSM4 CSIRO-Mk3-6-0 GFDL-ESM2G GFDL- ESM2MHadGEM2-ESIPSL-CM5A-LRMIROC-ESMNorESMl-M).
Исходя из цели, были поставлены следующие задачи:
1. Ознакомление с научными литературными источниками по теме работы.
2. Изучение способностей климатических моделей ансамбля CMIP5 воспроизводить экстремальность климатических условий Земли.
3. Сравнение данных наблюдений с модельными данными.
4. Проведение статистической обработки основных индексов экстремальности климата за период 1861-2100гг.
5. Выявление тенденций изменения экстремальности климата Земли
Объект исследования- климат Земли.
Предмет исследования - изменения экстремальности климатических условий Земли.
Стоит отметить, что в XX веке изменение климата приобрело весьма стремительный характер. Посменно чередовались периоды похолодания и потепления. За последнее столетие было отмечено, что средняя годовая глобальная температура воздуха увеличилась на 0.6±0.2°С. В конце 50-х годов потепление начала века - (1910-1946гг.) сменилось незначительным похолоданием - (1947-1975 гг.). А с 1976 года была зафиксирована наиболее интенсивная фаза потепления XX века, продолжающаяся и по сей день: начало её отсчета обусловлено именно более серьёзным влиянием антропогенного фактора и об этом заявила Всемирная метеорологическая организация.
Стоит также отметить, что настоящий период времени отмечен урбанизацией, молниеносно растут города, в которых уже сейчас проживает треть населения Земли. Таким образом, ещё и урбанизация имеет своё существенное влияние на климат.
Актуальность и необходимость данной научно-исследовательской работы заключается в возросшем интересе к изменениям климата, которые вызывают всё больше неблагоприятных последствий для здоровья человека и для экономики страны в целом.
Целью данной работы является изучение изменений экстремальных климатических условий Земли в XIX-XXI столетиях.
з
В качестве исходного материала в работе использовались данные наблюдений за температурой воздуха Университета Восточной Англии HadCRUT4 за период 1850-2018 гг., и значения основных индексов экстремальности климата моделей CMIP5 за период с 1861 по 2100 гг. Список моделей, которые использовались в работе: ACCESS1-0 bcc-csml-1 bcc-csml-1-m CanESM2 CCSM4 СМСС-СМ CMCC-CMS CNRM-CM5 CSlRO-Mk3-6-0 GFDL-ESM2G GFDL-ESM2M GISS-E2-R GISS-E2-R HadGEM2-CC HadGEM2-ES inmcm4 IPSL-CM5A-LR IPSL-CM5B-LR MIROC5 MIROC-ESM MIROC-ESM-CHEM MPI-ESM-LR MPI-ESM-MR MRI-CGCM3 NorESMl-M. Более подробно были рассмотрены 10 моделей (bcc-csm 1-1 bcc-csm 1 -1 -m CCSM4 CSIRO-Mk3-6-0 GFDL-ESM2G GFDL- ESM2MHadGEM2-ESIPSL-CM5A-LRMIROC-ESMNorESMl-M).
Исходя из цели, были поставлены следующие задачи:
1. Ознакомление с научными литературными источниками по теме работы.
2. Изучение способностей климатических моделей ансамбля CMIP5 воспроизводить экстремальность климатических условий Земли.
3. Сравнение данных наблюдений с модельными данными.
4. Проведение статистической обработки основных индексов экстремальности климата за период 1861-2100гг.
5. Выявление тенденций изменения экстремальности климата Земли
Объект исследования- климат Земли.
Предмет исследования - изменения экстремальности климатических условий Земли.
В настоящей работе представлены особенности изменений экстремальных климатических условий Земли в XIX-XXI столетиях по данным ансамблевых прогнозов 10 климатических моделей проекта CMIP5 с 1861 до 2100 года
В результате проведенного исследования удалось сформулировать следующие основные выводы:
1. Выполнено исследование способности климатических моделей проекта CMIP5 воспроизводить глобальную среднегодовую температуру воздуха. Сравнение модельных данных с данными Университета Восточной Англии HadCRUT4 за период 1850-2018 гг. показало, что для отдельных моделей (Bcc-csm 1-1-m, NORESM1-M) отличие может достигать ±0,9°С. Тогда, как ансамблевое осреднение дает практически нулевое расхождение с данными наблюдений. Это дает основание утверждать, что используемый ансамбль моделей CMIP5 позволяет получать адекватные оценки индексов экстремальности климата, исследование которых является основным содержанием работы.
2. Проведено исследование 27 индексов экстремальности климата, основанных на ежесуточных данных об осадках, минимальной и максимальной температуре по модельным данным проекта СМ1Р5 для разных сценариев изменения климата за период 1861-2100 гг.
3. Установлено, что все индексы экстремальности, характеризующие термический режим отражают современное потепление и прогноз повышения температуры до 2100 года при всех сценариях RCP. Так, количество морозных дней (РО)уменыиится (КНЛТ, согласно сценарию RCP4.5, равен -7,1 дней/100 лет, согласно сценарию RCP8.5, -19,4дней/100 лет), а количество летних дней (SU) увеличится (КНЛТ, согласно сценарию RCP4.5, равен 21,5 дней/100 лет, согласно сценарию RCP8.5, 53,5дней/100
лет). Также количество дней с обледенением (ID) уменьшится при всех сценариях RCP (КНЛТ, согласно сценарию RCP4.5, равен -5,6 дней/100 лет, согласно сценарию RCP8.5, -15,2дней/100 лет), а количество тропических ночей (TR) увеличится (КНЛТ, согласно сценарию RCP4.5, равен 16,1 дней/100 лет, согласно сценарию RCP8.5, 43,4дней/100
лет).Продолжительность холодного периода (CSDI) будет уменьшаться, а продолжительность теплого периода будет увеличиваться (WSDI).
4. Установлено, что индексы экстремальности, характеризующие влажностный режим меняются значительно меньше, чем термические индексы. Так, индексы как Rlmm, RlOrnmn R20mm, обозначающие количество дней в году с осадками> 1, 10 и 20мм соответственно, имеют незначительные изменения (среднее по моделям значение КНЛТ для Rlmm -1,0 дней/100 лет, для RIOmm 0,2 дня/100 лет, для R20mm0,2 дня/100 лет). В целом, для ансамбля моделей CMIP5 индексы, характеризующие увлажнение (Rxlday, Rx5day, R99p, R95p) имеют положительный тренд, но изменения их незначительны. Так, при сценарии RCP4.5 КНЛТ для RxldayHa суше 2,9 мм/100 лет, для Rx5day 5,4 мм/100 лет.
5. При оценке прогностических изменений индексов экстремальности отдельно рассматривались тенденции изменения индексов для суши и моря. Согласно данным ансамбля моделей CMIP5 для сценарияКСР4.5 индексы экстремальности, характеризующие как термический режим, так и влажностный режим для суши и моря имеют разные показатели (тренд отличается, но незначительно).
В результате проведенного исследования удалось сформулировать следующие основные выводы:
1. Выполнено исследование способности климатических моделей проекта CMIP5 воспроизводить глобальную среднегодовую температуру воздуха. Сравнение модельных данных с данными Университета Восточной Англии HadCRUT4 за период 1850-2018 гг. показало, что для отдельных моделей (Bcc-csm 1-1-m, NORESM1-M) отличие может достигать ±0,9°С. Тогда, как ансамблевое осреднение дает практически нулевое расхождение с данными наблюдений. Это дает основание утверждать, что используемый ансамбль моделей CMIP5 позволяет получать адекватные оценки индексов экстремальности климата, исследование которых является основным содержанием работы.
2. Проведено исследование 27 индексов экстремальности климата, основанных на ежесуточных данных об осадках, минимальной и максимальной температуре по модельным данным проекта СМ1Р5 для разных сценариев изменения климата за период 1861-2100 гг.
3. Установлено, что все индексы экстремальности, характеризующие термический режим отражают современное потепление и прогноз повышения температуры до 2100 года при всех сценариях RCP. Так, количество морозных дней (РО)уменыиится (КНЛТ, согласно сценарию RCP4.5, равен -7,1 дней/100 лет, согласно сценарию RCP8.5, -19,4дней/100 лет), а количество летних дней (SU) увеличится (КНЛТ, согласно сценарию RCP4.5, равен 21,5 дней/100 лет, согласно сценарию RCP8.5, 53,5дней/100
лет). Также количество дней с обледенением (ID) уменьшится при всех сценариях RCP (КНЛТ, согласно сценарию RCP4.5, равен -5,6 дней/100 лет, согласно сценарию RCP8.5, -15,2дней/100 лет), а количество тропических ночей (TR) увеличится (КНЛТ, согласно сценарию RCP4.5, равен 16,1 дней/100 лет, согласно сценарию RCP8.5, 43,4дней/100
лет).Продолжительность холодного периода (CSDI) будет уменьшаться, а продолжительность теплого периода будет увеличиваться (WSDI).
4. Установлено, что индексы экстремальности, характеризующие влажностный режим меняются значительно меньше, чем термические индексы. Так, индексы как Rlmm, RlOrnmn R20mm, обозначающие количество дней в году с осадками> 1, 10 и 20мм соответственно, имеют незначительные изменения (среднее по моделям значение КНЛТ для Rlmm -1,0 дней/100 лет, для RIOmm 0,2 дня/100 лет, для R20mm0,2 дня/100 лет). В целом, для ансамбля моделей CMIP5 индексы, характеризующие увлажнение (Rxlday, Rx5day, R99p, R95p) имеют положительный тренд, но изменения их незначительны. Так, при сценарии RCP4.5 КНЛТ для RxldayHa суше 2,9 мм/100 лет, для Rx5day 5,4 мм/100 лет.
5. При оценке прогностических изменений индексов экстремальности отдельно рассматривались тенденции изменения индексов для суши и моря. Согласно данным ансамбля моделей CMIP5 для сценарияКСР4.5 индексы экстремальности, характеризующие как термический режим, так и влажностный режим для суши и моря имеют разные показатели (тренд отличается, но незначительно).