Введение 4
Глава 1. Глобальная химическая транспортная модель МО7АИТ-
4 10
1.1. Химическая транспортная модель MOZART-4 10
1.2. Сборка, настройка, тестирование химической транспорт¬ной модели MOZART-4 11
1.3. Основные результаты главы 17
Глава 2. Модификация граничных условий модели МО7АИТ- 4 18
2.1. Верификация модели MOZART-4 18
2.2. Модификация граничных условий модели MOZART—4 . . 20
2.3. Основные результаты главы 22
Глава 3. Чувствительность полного содержания метана к удалённым источникам 24
3.1. Понятие чувствительности 24
3.2. Выбор удалённых источников 25
3.2.1. Источник №1: Территория Аравийского полуострова 26
3.2.2. Источник №2: Территория северной части Южной
Америки 26
3.2.3. Территория Европы 27
3.3. Постановка вычислительного эксперимента 30
3.4. Удалённые источники 30
3.5. Скорость распространения метана от удалённых источников 39
3.6. Основные результаты главы 41
Заключение
Работа посвящена изучению атмосферного метана — одного из наиболее важных парниковых газов, вносящий существенный вклад в изменение климата Земли. Сегодня по данным Intergovernmental Panel on
Climate Change (IPCC) [1] этот вклад составляет от 4 до 9%.
За последние 270 лет количество метана в атмосфере возросло примерно на 253% и на данный момент составляет порядка 1860 ppb. Рост
метана связан с увеличивающимися темпами промышленного и аграрного производства, что, в основном, дает его существенный прирост [2].
Также за последние 30-50 лет наблюдается рост среднегодовой температуры [3], что приводит к таянию огромных территорий вечной мерзлоты. В связи с этим такие территории преобразуются новые в болотные
комплексы [4,5], которые, в свою очередь, вносят дополнительный вклад
в эмиссию метана. Этот эффект с положительной обратной связью и
называется метановой катастрофой.
Прямой и косвенный вклад антропогенного радиационного воздействия
атмосферного метана оценивается [6] в 0,7 Вт/м2, или около половины
вклада CO2. Этот большой вклад метана в изменение климата и глобальные изменения делает его важным составляющим атмосферы Земли. Его
вклад выбросов в атмосферу и удаления из нее и то, как его влияние в
атмосферные процессы изменится в будущем необходимо оценить.
Некоторые исследователи отмечают [2, 7, 8] характер роста метана в
атмосфере Земли. Последние 20 лет он имеет отрицательный тренд скорости, тогда как в годовом ходе наблюдаются значительные вариации со-
4держания атмосферного метана. В работах [8–10] обсуждается причины
стационарного состояния содержания с 1999 по 2006 г. и возобновление
роста с 2007 г.
Различают естественные и антропогенные источники атмосферного
метана. В первую группу источников входят: болота, болотные комплексы, лесные пожары, океаны, водные природные объекты, насекомые.
Угольные разрезы, шахты, объекты нефтегазодобывого комплекса, свалки, канализации и сточные воды, крупный рогатый скот, рисовые поля
относят к группе антропогенных источников метана [9, 11]. Роль нового источника растительности, установленного в [9], в настоящее время
активно обсуждается [8,11–13].
К основным источникам выбросов относят: сжигание ископаемых видов топлива, биомассы, бореальные угодья, водно-болотные комплексы,
а также жизнедеятельность жвачных животных [1,14]. Предыдущие измерения атмосферного метана показали [15] устойчивый тренд скорости
роста на протяжении второй половины ХХ века, после которого наблюдалось стационарное состояние с 1999 года. Из всего наблюдаемого периода
исследователи выделяют Эль-Ниньо [16] 1997-1998 гг. Рост глобального
содержания метана в этом периоде связывают с обильными пожарами,
ростом эмиссии болотными комплексами и водоёмами, темпами выращивания риса. Сжигание биомассы могло снизить содержание гидроксильного радикала OH в атмосфере [2, 17], так как выделяющийся при
пожарах угарный газ (CO) является основным его поглотителем, вызвав
новый рост метана [14, 18]. На снижение OH также влияют облачные
покровы, водяной пар и жаркий климат.
Исследования и вычислительные эксперименты, выполненные с использованием различных климатических моделей, позволили формировать достаточно большое количество сценариев [8,19] уменьшения роста
метана в период 1999-2020 гг. Основными задачами этих сценариев является уменьшение выбросов рисовых плантаций и водно-болотных угодий.
Сценарии включают задачи по измению содержания гидроксильных радикалов и последние исследования [14, 20]. Возобновление роста метана
в 2007 г. связывают с ростом эмиссии болотными комплексами, располагаемых в Северном и Южном полушариях, обусловленным аномально
высокой температурой и осадками в этот период [11, 21].
В работе исследована чувствительность полного содержания метана в
атмосфере Западной Сибири к удалённым источникам. Разработан вычислительный комплекс на базе модели с модифицированными граничными условиями.
В данной работе были получены следующие результаты:
1. Выполнена конфигурация базовой версии глобальной химической
транспортной модели MOZART-4.
2. Проведена верификация модели MOZART-4 и модификация её граничных условий.
3. Установлено, что метан из источника Аравийского полуострова достигает атмосферы Западной Сибири на уровне 300 гПа за ∼20
суток, а из источника в северной части Южной Америки — 40-45
суток.
4. Выполненное сопоставление результатов вычислительного эксперимента с влиянием источника, расположенного на территории Европы, показало, что количество метана, вносимого от источника на
территории Аравийского полуострова приблизительно в 5 раз меньше, а от источника из Южной Америки — приблизительно в 10 раз
меньше.
