Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Анализ роли естественных и антропогенных факторов изменений климата на основе данных палеореконструкций, инструментальных наблюдений и модельных расчетов

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Анализ роли естественных и антропогенных факторов изменений климата на основе данных палеореконструкций, инструментальных наблюдений и модельных расчетов"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ФИЗИКИ АТМОСФЕРЫ им А М ОБУХОВА

На правах рукописи УДК 551 581 1, 551 582 2, 551 583 7

Карпенко Андрей Александрович

АНАЛИЗ РОЛИ ЕСТЕСТВЕННЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ПАЛЕОРЕКОНСТРУКЦИЙ, ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ И МОДЕЛЬНЫХ РАСЧЕТОВ

Специальность 25 00 29 - физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2007

003069344

Работа выполнена в Институте физики атмосферы им А М Обухова РАН

Научный руководитель:

член-корр РАН И И Мохов

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук

Е М Володин доктор физико-математических наук С М Семенов

Ведущая организация:

Защита диссертации состоится " 24 " мая 2007 г. в 11.00 часов на заседании Диссертационного совета К002 096 01 при Институте физики атмосферы им А М Обухова РАН (119017, Москва, Пыжевский пер, д 3)

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института физики атмосферы им А М Обухова РАН

Автореферат разослан " 23 " апреля 2007 г

Ученый секретарь

Диссертационного совета ИФА РАН им А М Обухова

Главная геофизическая обсерватория им А И Воейкова

Краснокутская Л Д

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В последние десятилетия отмечен значительный рост глобальной приповерхностной температуры Можно разделить воздействующие на климат факторы на естественные (изменения солнечной активности, содержания аэрозолей в атмосфере в результате извержений вулканов) и антропогенные (выбросы парниковых газов, аэрозолей) Актуальной проблемой является определение вклада естественных и антропогенных факторов в современное потепление климата с оценкой возможных тенденций изменения

Целью данной работы является анализ сравнительной роли естественных и антропогенных факторов в глобальных и региональных климатических изменениях с использованием различных данных и модельных расчетов.

Для достижения поставленной цели в диссертации ставились следующие задачи

1 Провести детальный анализ взаимной динамики изменений температуры и концентраций парниковых газов и аэрозолей в атмосфере с использованием различных методов на основе палеореконструкций

2 Проанализировать изменения глобальной приповерхностной температуры по расчетам с климатической моделью ИФА РАН в сопоставлении с данными инструментальных измерений и существующими реконструкциями вариаций солнечной постоянной

3 Оценить способность современных климатических моделей воспроизводить изменения приповерхностной температуры для регионов с максимальными температурными трендами, отмеченными в последние десятилетия XX века, с оценкой вклада естественных и антропогенных воздействий

4 Оценить влияние учета на температурный режим и его изменения взаимодействия с углеродным циклом в климатической модели ИФА РАН при различных сценариях эмиссий углекислого газа в атмосферу

5 Провести анализ возможных изменений глобальной приповерхностной температуры в XXI веке на основе численных расчетов с климатической моделью ИФА РАН при различных сценариях с учетом антропогенных и естественных факторов, в частности изменений солнечной активности и изменении содержания в атмосфере парниковых газов

Научная новизна и основные результаты работы:

1 С использованием разностороннего анализа, в том числе разных методов кросс-вейвлетного анализа, получены детальные характеристики взаимных изменений температуры и содержания в атмосфере радиационно-активных компонентов на основе палеореконструкций по данным ледовых кернов с антарктической станции Восток

2 Исследованы спектральные характеристики и динамика взаимных изменений солнечной активности по различным реконструкциям и соответствующих изменений глобальной приповерхностной температуры по данным наблюдений и численным расчётам с климатической моделью ИФА РАН Получены оценки изменения глобальной приповерхностной температуры по расчетам с климатической моделью ИФА РАН с использованием реконструкций солнечной постоянной

3 Оценена возможность современных климатических моделей воспроизводить температурные изменения в регионах с наибольшими наблюдаемыми положительными температурными трендами для последних десятилетий XX века с оценкой роли естественных и антропогенных факторов

4 Оценены изменения температурного режима и характеристик углеродного цикла по результатам численных расчетов с климатической

моделью ИФА РАН с интерактивным углеродным циклом в сравнении с версией модели без учета углеродного цикла

5 Оценены возможные изменения глобальной температуры в XXI веке по расчетам с климатической моделью ИФА РАН при различных сценариях антропогенных и естественных воздействий На основании полученных результатов сделан вывод о сравнительно небольшом возможном вкладе изменений солнечной активности в климатические изменения в XXI веке Научная и практическая значимость результатов: Полученные результаты могут использоваться при анализе климатических изменений и при валидации климатических моделей Личный вклад автора:

Автор принимал участие во всех этапах работы, в том числе в формулировке задач и интерпретации полученных результатов Основные результаты диссертационной работы получены автором лично Автором были проведены все расчеты, связанные с анализом используемых данных палеореконструкций, наблюдений, реанализа и модельных расчетов, за исключением расчетов с оптимизированной базисной функцией при использовании метода вейвлетного преобразования, проведенных В А Безверхним Численные эксперименты с климатической моделью ИФА РАН были проведены А В Елисеевым

Апробация работы и публикации: Результаты работы докладывались

• на семинарах Лаборатории теории климата и Отдела исследований климатических процессов ИФА РАН

• на семинаре Секции атмосферных наук и метеорологии и Комиссии по климату Национального геофизического комитета (Москва, 2005)

• на международной школе по геофизике и гидродинамике окружающей среды (Кембридж, 2005)

• на научном симпозиуме "Метеорологические исследования в Антарктике" (Санкт-Петербург, 2005)

• на научной конференции "Россия в Антарктике" (Санкт-Петербург, 2006)

• на всероссийской конференции молодых ученых САТЭП-2006 - "Состав атмосферы и электрические процессы" (Звенигород, 2006)

• на международной конференции Enviromis-2006. "Наблюдения, моделирование и информационные системы для окружающей среды, как средства улучшения экологической обстановки на городском и региональном уровнях" (Томск, 2006)

• на российско-британской конференции молодых ученых "The INYS Climate Change Workshop" (Санкт-Петербург, 2007)

Результаты диссертации опубликованы в 16 работах, в том числе в 8 - входящих в список Высшей аттестационной комиссии

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы Рукопись содержит 118 страниц, 33 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 118 названий

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, перечислены основные этапы исследования и результаты

Глава 1 посвящена разностороннему анализу взаимной эволюции температуры и концентраций парниковых газов и аэрозолей в атмосфере на основе папеореконструкций по данным ледовых кернов с антарктической

станции Восток за последние 415 тыс лет Анализируются причинно-следственные связи и их изменения для климатических характеристик и радиационно-активных компонентов атмосферы с использованием различных методов, включая корреляционный, кросс-спектральный и различные методы кросс-вейвлетного анализа

В разделе 1.1 приводится описание используемых данных и применяемых методов анализа

В разделе 1.2 проведена диагностика взаимных изменений содержания в атмосфере углекислого газа я(С02) [рршу] и метана я(СН4) [ррЬу], а также температуры ДТ [К] на основе реконструкций по данным ледовых кернов с антарктической станции Восток Согласно результатам вейвлетного анализа, как отмечалось и ранее, проявляются все циклы Миланковича (с периодами 1923, 41 и 100 тыс лет), связанные с изменениями параметров земной орбиты При этом отмечены существенные вариации амплитуды характерных циклов в течение последних 415 тысяч лет. Заметно различаются для анализировавшихся переменных особенности конкретных циклов, как по амплитуде, так и по фазе В табл 1 приведены времена запаздывания и коэффициенты корреляции для разных характеристик При временном сдвиге, когда достигается максимальное значение коэффициента корреляции для анализируемых переменных, оценены соответствующие параметры Отмечена смена знака времени запаздывания для временного интервала 300-400 тыс лет назад Проведен анализ связи между анализируемыми переменными на основе следующих регрессий типа

1ё(Ч(С02))= ао + аДТ, ДТ = Ь0+Ыё(Ч(СО2)), 1ё(Ч(СН4)) = с0+с18(Ч(СО2)) В частности, получены значения с = 1.0(±0 2) и Ь = 19 0(±3.1) К Последняя оценка соответствует изменению температуры на широте 780Б для станции Восток на 5 7 К при удвоении содержания С02 в атмосфере Так как

Табтца I

Результаты взаимного корреляционного анализа изменений температуры [К], концентрации в атмосфере углекислого газа [рршу], метана [ррЬу] и содержания морского (Ыа) [ррЬ] и

Временной интервал, тсо2 ТСН4 со2 сн4 ТЫа Ю Ыа 0

тыс лет назад

-1 -05 0 05 0 -1

0-415 0 87 0 86 0 81 -0 85 -0 61 0 59

9 22 24 5 219 -9 3 -0 06 0005

(±1 43) (±3 2) (±0 45) (±0 9) (+001) (+0001)

-1 -05 0 1 0 -05

0-100 0 92 0 80 0 78 -081 -0 68 0 65

9 1 26 6 2 63 -101 -0 12 0 008

(±1 5) (±6 1) (±0 91) (±1 7) (±0 03) (±0 002)

-1 5 -1 0 -05 0 35

100-200 0 90 0 85 0 78 -0 81 -0 61 049

92 23 6 2 12 -7 47 -0 05 0005

(±2 6) (±6 4) (±0 94) (±1 7) (±0 02) (±0 002)

-15 -05 0 05 0 -1

200-300 0 83 0 74 0 74 -0 93 -0 59 0 66

77 172 185 -12 4 -0 05 0 004

(±2 4) (±6 0) (±0 76) (±16) (±0 02) (±0 001)

05 05 05 05 0 0

300-400 085 0 93 0 86 -0 93 -0 70 0 78

92 27 9 2 38 -9 7 -0 04 0 005

(±4 6) (±7 0) (±0 98) (±1 9) (±0 02) (±0001)

Формат представления результатов в табл 1 следующий

Сдвиг Д1, тыс лет, соответствующий максимальному значению г максимальный коэффициент корреляции г коэффициент регрессии В (среднеквадратичное отклонение коэффициента регрессии) Для сдвига Д1 указывается отрицательное значение в случае запаздывания изменений второй переменной относительно изменений первой переменной, и положительное в обратном случае

чувствительность температурного режима высоких широт в несколько раз (~3) больше, чем для Земли в целом, то соответствующая чувствительность глобальной температуры оценивается величиной около 2 К Для современных изменений климата можно получить аналогичную оценку (около 2 К) с учетом роста глобальной температуры за последние сто лет примерно на 0 7 К, а содержания СОг в атмосфере - на треть

Результаты кросс-спектрального анализа также свидетельствуют об общем запаздывании вариаций концентраций парниковых газов относительно температурных изменений для периодов более 20 тыс лет С использованием различных методов более детального кросс-вейвлетного анализа при общем доминировании отставания вариаций я(С02) и ц(СН4) относительно вариаций ДТ выявлены и фазовые сдвиги противоположного знака для разных временных подынтевалов и цикличностей Отмечены режимы, в частности для последнего 100-тысячелетнего интервала, когда вариации содержания метана опережали изменения температуры и концентрации С02

В разделе 1.3 проведена диагностика эволюции взаимных изменений концентраций морского [ррЬ] и континентального ц(О) [ррш] аэрозолей в атмосфере и температурного режима атмосферы ДТ [К] Согласно результатам вейвлетного анализа достаточно четко проявляются циклы с периодами около 100 тыс лет для всех анализируемых рядов, а также циклы с периодами около 20 и 40 тысяч лет для ДТ и я(Ыа) В табл 1 приведены времена запаздывания и коэффициенты регрессии и корреляции для анализируемых характеристик Проведен анализ связи между анализируемыми переменными на основе регрессий вида

ДТ = а0 + а я(Ка), ДТ = Ь0 + Ь Ч(Т>), 1е(Я(0)) = Со+с1ё(Ч(Ыа)) Оценены значения параметров связи при временных сдвигах анализируемых рядов, соответствующих максимальным значениям коэффициента корреляции Так максимальный коэффициент корреляции 0 72 для вариаций ^^(Ыа)) и был получен при нулевом временном сдвиге, при этом параметр с =

1 4(±0 2)

Согласно результатам кросс-спектрального анализа для всего анализируемого интервала времени характерно опережение температурными вариациями

вариаций q(Na) только на периодах около 30 тыс лет и более 60 тыс лет Для изменений ДТ и q(D) характерно опережение температурными вариациями только для периодов около 20 тыс лет и более 50 тыс лет Более детальный кросс-вейвлетный анализ наряду с общим запаздыванием вариаций q(Na) и q(D) относительно вариаций ДТ выявил также особенности фазовых сдвигов противоположного знака Это отмечено, в частности, для последнего 100 тысячелетнего интервала для взаимных изменений q(Na) и ДТ В разделе 1.4 обсуждаются результаты главы 1 С использованием различных методов отмечено, что наряду с общим опережением вариациями температуры за последние 415 тыс лет изменений концентраций углекислого газа, метана, морского и континентального аэрозоля проявляются режимы с фазовыми сдвигами противоположного знака Существенные особенности взаимной динамики анализировавшихся характеристик отмечены, в частности, для последнего 100-тысячелетнего интервала с использованием кросс-вейвлетного анализа

Глава 2 посвящена оценке сравнительной роли естественных и антропогенных факторов в современных изменениях климата На основе анализа взаимных изменений глобальной среднегодовой приповерхностной температуры (ГСПТ) по данным наблюдений, реанализа и модельным расчетам проводится анализ способности климатических моделей воспроизводить изменения приповерхностной температуры в регионах с наибольшими температурными трендами за последние 30 лет XX века.

В разделе 2.1 проведен анализ взаимных изменений солнечной постоянной по данным реконструкций (Lean et al (1995), Lean et al (2000) и Hoyt et al (1997)) и ГСПТ по данным инструментальных наблюдений и результатам численных расчетов КМ ИФА РАН (см рис 1) Проведенный вейвлетный анализ выявил, что для разных рядов реконструкций солнечной активности характерны значимые цикличности с периодами около 11, 50 и 100

активности характерны значимые цикличности с периодами около 11, 50 и 100 лет, проявляется и более долгопериодная цикличность с периодом около 170190 лет Также в спектре солнечной активности по данным Lean et al (1995) достаточно четкий минимум отмечен на периодах около 140 лет, и проявляется более слабо выраженный минимум для вдвое меньших периодов - около 70 лет Близкие минимумы (около 130-140 лет и около 65-70 лет) отмечены в спектре солнечной активности и по данным Hoyt ct al (1997), при этом они более четко выражены, чем по данным Lean et al (1995) Спектральные характеристики для ГСПТ существенно отличаются от характеристик, полученных для солнечной активности Как и для спектра солнечной активности проявляется цикличность с периодом около 50 лет, но она менее значима На периодах около 100 лет, характерных для цикличности солнечной активности, для ГСПТ отмечается спектральный минимум Цикличность с периодом около 11 лет в спектре ГСПТ не проявляется, при этом отмечается цикличность с периодом около 5 лет, характерная для явлений Эль-Ниньо Согласно результатам различных методов кросс-вейвлетного анализа в целом в последние десятилетия связь вариаций ГСПТ с вариациями солнечной активности усилилась, в частности для квазиодиннадцатилетней цикличности (точнее с периодами около 7-11 лет) По данным Lean et al (1995) усиление связи температурного режима с солнечной активностью началось еще раньше К концу XX века диапазон периодов со значимой корреляцией вариаций ГСПТ и солнечной активности расширился до 20-30 лет Следует отметить, что при использовании данных Hoyt et al (1997) этой тенденции не отмечено Кроме того, в отличие от значимой связи для квазиодиннадцатилетней цикличности, для которой изменения солнечной активности опережали температурные изменения, для цикличности с периодами 20-30 лет по данным Lean et al (1995) отмечены фазовые сдвиги противоположного знака Полученные результаты свидетельствуют, что вариации солнечной активности не являются определяющим фактором

Рис 1 Вариации солнечного излучения / (правая шкала) по реконструкциям Lean et al (1995) (кривая 1) и Hoyt et al (1997) (кривая 2) и связанные с ними аномалии глобальной среднегодовой приповерхностной температуры ST (соответственно кривые Э и 4) в КМ ИФА РАН (левая шкала) Для сравнения приведены аномалии глобальной среднегодовой приповерхностной температуры (кривая 5) по данным инструментальных наблюдений (температурные аномалии относительно базового режима 1961-1990 гг)

глобальных температурных изменений последних десятилетий, хотя с ними и связаны заметные изменения приповерхностной температуры

В разделе 2.2 проведен анализ способности климатических моделей воспроизводить изменения приповерхностной температуры в регионах с наибольшими температурными трендами в последние 30 лет XX века Использовались численные расчеты с климатической моделью общей циркуляции (КМОЦ) HadCM3 при различных начальных условиях и с учетом влияния как естественных, так и антропогенных факторов, а также с климатической моделью промежуточной сложности КМ ИФА РАН В табл 2 приведены значения температурных трендов для последних 30 лет XX века по модельным расчетам в сопоставлении с данными реанализов NCEP/NCAR и

ЕИА-40 и инструментальных наблюдений Согласно модельным результатам в регионах с наибольшей скоростью потепления у поверхности в конце XX века определяющая роль в этих изменениях связана с антропогенным воздействием (см табл 3) В целом результаты анализировавшихся модельных расчетов свидетельствуют, что КМОЦ НаёСМЗ способна адекватно воспроизводить температурные изменения в регионах с наибольшими трендами потепления в последние десятилетия В то же время, модель недооценивает потепление в Сибири, возможно из-за переоценки аэрозольного выхолаживания Климатическая модель промежуточной сложности ИФА РАН лучше воспроизводит потепление в регионе Сибири, при этом в других анализировавшихся регионах температурные тренды в этой модели меньше, чем в КМОЦ Нас1СМЗ Температурные тренды на Антарктическом полуострове по данным наблюдений находятся в диапазоне между модельными оценками КМОЦ НасЮМЗ и КМ ИФА РАН При этом по данным реанализов оценки температурных трендов зимой для Антарктического полуострова существенно больше, чем по данным наблюдений и для анализировавшихся модельных расчетов, а для Аляски даже другого знака Следует отметить, что результаты ансамбля модельных расчетов при разных начальных условиях свидетельствуют о возможности проявления при глобальном антропогенном потеплении отрицательных региональных температурных трендов в отдельных численных реализациях даже для регионов с наибольшими скоростями регионального потепления климата в конце XX века

В разделе 2 3 обсуждаются результаты главы 2 По модельным оценкам вариациями солнечной активности можно объяснить до четверти величины глобального потепления последних десятилетий Согласно результатам, полученным при исследовании численных расчетов КМ ИФА РАН и КМОЦ Нас1СМЗ, основной вклад в наблюдающееся глобальное потепление вызван

Таблица 2

Тренды среднегодовой и зимней приповерхностной температуры Т„ в разных регионах для последнего 30-летия XX века по разным данным метеорологических наблюдений и реанализа, а также для модельных расчетов значений Т„ при естественных и антропогенных воздействиях В скобках приведены СКО

Тренд Та, К/10 лет 1970-1999 гг год зима

Сибирь (Иркутск) наблюдения вниигми 0 74 (±0 23) 1 15 (±0 45)

сяи 0 75 (±0 22) 1 43 (±0 39)

реанализ ЕЯА-40 0 47 (±0 16) 0 91 (±0 40)

ЫСЕРЛМСАЯ 0 80 (±0 22) 1 71 (±0 51)

модель На<1СМЗ 0 34 (±0 13) 0 19 (±0 21)

ИФА РАН 0 36 (±0 09) 0 41 (±0 13)

Аляска (Барроу) наблюдения 1АЯС 0 81 (±0 34) 0 48 (±0 54)

СШ 0 84 (±0 31) 0 48 (±0 48)

реанализ ЕЛА-40 0 47 (±0 25) -0 22 (±0 54)

МСЕР/ЫСАЯ 0 59 (±0 37) -0 33 (±0 74)

модель Нас1СМЗ 0 51 (±0 18) 0 77 (±0 35)

ИФА РАН 0 29 (±0 09) 0 24 (±0 11)

Антарктический п-в (Беллинсгаузен) наблюдения ААНИИ 0 27 (±0 18) 0 55 (±0 47)

СШ 0 29 (±0 19) 0 46 (±0 41)

реанализ ЕКА-40 0 40 (±0 21) 1 08 (±0 64)

ЫСЕР/ЫСАЯ 0 38 (±0 36) 1 21 (±1 12)

модель Наасмз 0 43 (±0 14) 0 87 (±0 26)

ИФА РАН 0 17 (±0 10) 0 17 (±0 10)

Таблица 3

Тренды среднегодовой и зимней приповерхностной температуры для последнего 30-летия XX века в разных регионах по модельным расчетам с суммарным учетом естественных и антропогенных воздействий (С-сценарий), а также только при естественных воздействиях (Е-сценарий) и только при антропогенных воздействиях (А-сценарий)

Тренд Та, К/10 лет 1970-1999 гг С-сценарий А-сценарий Е-сценарий

Сибирь (Иркутск) Нас1СМЗ год 0 34 (±0 13) 0 32 (±0 09) 0 (±0 08)

зима 0 19 (±0 21) 0 12 (±0 15) 0 28 (±0 18)

ИФА РАН год 0 36 (±0 09) 0 31 (±0 10) 0 05 (±0 06)

зима 0 41 (±0 13) 0 24 (±0 09) -0 04 (±0 10)

Аляска (Барроу) наасмз год 0 57 (±0 18) 0 54 (±0 18) -0 08 (±0 02)

зима 0 77 (±0 35) 1 06 (±0 38) 0 02 (±0 20)

ИФА РАН год 0 29 (±0 09) 0 16 (±0 05) -0 04 (±0 11)

зима 0 24 (±0 И) 0 23 (±0 07) 0 08 (±0 46)

Антарктический п-в (Беллинсгаузен) На<1СМЗ год 0 43 (±0 14) 0 34 (±0 13) 0 06 (±0 14)

зима 0 87 (±0 26) 0 83 (±0 38) 0 20 (±0 30)

ИФА РАН год 0 17 (±0 10) 0 16 (±0 15) 0 00 (±0 03)

зима 0 17 (±0 10) 0 16 (±0 11) 0 00 (±0 03)

антропогенными факторами Отмечено, что при глобальном потеплении для отдельных численных реализаций возможны отрицательные тренды приповерхностной температуры даже в регионах с наибольшим потеплением за последние десятилетия

Глава 3 посвящена анализу роли возможных изменений антропогенных выбросов углекислого газа и солнечного излучения на изменения климата в XXI веке

В разделе 3.1 проведен анализ влияния на изменения климата учета в КМ ИФА РАН интерактивного углеродного цикла КМ ИФА РАН с блоком интерактивного углеродного цикла адекватно воспроизводит характеристики углеродного цикла в XX веке При сценариях БЯЕБ А1В, А2, В1 и В2 антропогенных эмиссий для XXI века в модели (как и в других существующих климатических моделях с углеродным циклом) обратная связь между климатом и углеродным циклом приводит к дополнительному (по сравнению со случаем не учета влияния изменений климата на обмен углеродом между атмосферой, океаном и наземными экосистемами) росту концентрации углекислого газа в атмосфере Это ведет к дополнительному росту температуры (рис 2) 0 1 К в 1999 г и 0 3-0 4 К в 2100 г По численным расчетам с КМ ИФА РАН получено, что вклад учета взаимодействия блока интерактивного углеродного цикла в величину тренда среднегодовой приповерхностной температуры около 10% и даже более в зависимости от сценария эмиссий для XXI века (рис 3) При этом параметр обратной связи /со между климатом и углеродным циклом меняется

во времени немонотонно В период слабых эмиссий система близка к состоянию доиндустриального равновесия, и параметр обратной связи /со монотонно растет С началом интенсификации эмиссий во второй половине XX века отклик климата на эти эмиссии в течение нескольких десятилетий существенно запаздывает, что приводит к уменьшению /сл

АГ, ^, К

1850 1900 1 350 2000 2050 2100

Рис 2 Среднегодовые аномалии глобальной температуры относительно среднего значения для 1961-1990 г для сценариев 8К£5 А1В (штриховые линии), А2 (тонкая сплошная кривая), В1 (пунктир) и В2 (штрих-пунктир) по расчетам КМ ИФА РАН с интерактивным углеродным циклом (соответствующие черные линии) и без интерактивного углеродного цикла (серые кривые) в сравнении с данными наблюдений (сплошная жирная кривая)

Начиная с последних десятилетий XX века, запаздывание этого отклика на антропогенные эмиссии уменьшается, и параметр обратной связи увеличивается Для наиболее агрессивного сценария А2 в последние десятилетия XXI века /со снова снижается Это связано с эффектом насыщения

парникового радиационного форсинга

В разделе 3.2 проведен анализ влияния возможных изменений климата с учетом различных экстраполяции вариаций солнечной постоянной на основе

0 03

0 005 -

0 015

0 025

0 01

0 02 -

О +— 1900

1920

1940

1960

1980

2000

2020

2040

2060

Рис 3 100-летние скользящие тренды [К/год] среднегодовой глобальной приповерхностной температуры для сценариев ЗЯЕБ А1В (штриховые линии), А2 (тонкая сплошная кривая), В1 (пунктир) и В2 (штрих-пунктир) по расчетам КМ ИФА РАН с интерактивным углеродным циклом (соответствующие черные линии) и без интерактивного уперодного цикла (серые кривые) в сравнении с данными наблюдений (сплошная жирная кривая)

численных расчетов с КМ ИФА РАН с интерактивным углеродным циклом При расчетах использовались сценарии антропогенных выбросов 8КЕ5 А1В, А2, В1 и В2 На рис 4 приведены результаты расчетов с КМ ИФА РАН для сценария выбросов Б1Ш8-А2 Результаты проведенных расчетов свидетельствуют о сравнительно малой роли вариаций солнечной активности в изменениях глобальной среднегодовой приповерхностной температуры в XXI веке по сравнению с возможными антропогенными воздействиями Температурные различия для различных сценариев солнечной активности получены около 0 2 К (на уровне естественной изменчивости)

В разделе 3.3 проводится обсуждение результатов главы 3 Согласно проведенному анализу используемая модель интерактивного углеродного цикла в модели ИФА РАН адекватно воспроизводит характеристики углеродного

годы

Рис 4 Результаты численных расчетов с КМ ИФА РАН аномалий ГСПТ 5Т при антропогенном сценарии SRES-A2 и различных сценариях вариаций солнечного излучения для XXI в (I) Приведены также результаты соответствующих расчетов с учетом только вариаций солнечного излучения (II) Для сравнения приведены аномалии ГСПТ по данным инструментальных наблюдений (III)

цикла в XX веке При численных расчетах отмечена положительная обратная связь между климатическим режимом и углеродным циклом, что приводит к дополнительному росту концентрации углекислого газа в атмосфере и дополнительному росту температуры от величины порядка 0 1 К к 2000 г до 0 3-0 4 К к 2100 г. По численным расчетам с КМ ИФА РАН получено, что вклад учета взаимодействия блока интерактивного углеродного цикла в тренды среднегодовой приповерхностной температуры около 10% и даже более в зависимости от сценария эмиссий При модельном анализе влияния возможных вариаций солнечной постоянной в XXI веке на климат оценена их сравнительно малая роль по сравнению с возможными антропогенными факторами

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенных в работе исследований позволяют сформулировать следующие основные выводы

1 С использованием различных методов проведен разносторонний анализ взаимной эволюции изменений температуры, содержания в атмосфере углекислого газа и метана и концентраций континентального и морского аэрозолей для последних 415 тыс лет по данным палеореконструкций для антарктической станции Восток Наряду с общим доминированием отставания вариаций содержания парниковых газов и аэрозоля относительно вариаций температуры выявлены особенности со взаимными фазовыми сдвигами противоположного знака В частности, с использованием кросс-вейвлетного и кросс-спектрального анализа отмечены режимы для последнего 100-тысячелетнего интервала, когда вариации содержания метана опережали вариации температуры и содержания углекислого газа, а также когда изменения содержания морского аэрозоля опережали температурные изменения

2 Согласно полученным результатам связь температурного режима с вариациями солнечной активности по данным наблюдений и реконструкций существенно менялась в течение последних полутора сотен лет - вплоть до изменения знака корреляции При этом по модельным оценкам вариациями солнечной активности можно объяснить не более четверти величины глобального потепления последних десятилетий

3 Сделан вывод, что современные климатические модели способны адекватно воспроизводить температурные изменения в регионах с наибольшими трендами потепления в последние десятилетия Получено достаточно хорошее соответствие положительных трендов среднегодовой приповерхностной температуры для регионов Аляски и Антарктического полуострова Согласно модельным результатам в регионах с наибольшей скоростью потепления у поверхности в конце XX века определяющая роль в этих изменениях связана с антропогенными воздействиями Результаты ансамбля модельных расчетов при разных начальных условиях свидетельствуют о возможности проявления при глобальном антропогенном потеплении отрицательных региональных температурных трендов в отдельных численных реализациях даже для регионов с наибольшими скоростями потепления в конце XX века

4 При сценариях антропогенных эмиссий для XXI века в климатической модели ИФА РАН с блоком интерактивного углеродного цикла обратная связь между климатом и углеродным циклом приводит к дополнительному увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере и ведет к дополнительному росту температуры на 0 1 К к 2000 г и до 0 3-0 4 К к 2100 г При этом параметр обратной связи между климатом и углеродным циклом меняется во времени немонотонно

5 Впервые сделаны оценки изменений климата в XXI в с учетом ансамбля возможных сценариев изменений солнечной активности наряду с антропогенными воздействиями с использованием трехмерной климатической

модели Результаты расчетов с КМ ИФА РАН свидетельствуют о сравнительно малой роли вариаций солнечной активности в изменениях глобальной среднегодовой приповерхностной температуры в XXI в по сравнению с возможными антропогенными воздействиями

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1 Karpenko A A. Intercomparsion of deuterium series from the Antarctic stations Vostok and Dome С ice cores // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling J Cote (ed) Geneva World Meteorological Organization 2006 WMO/TD-N1347 P 2 19-2 20

2 Karpenko A A, Mokhov 11 Stott P A Contribution of Natural and Anthropogenic Causes in Regions with Large Temperature Changes During XX Century // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling J Cote (ed.) Geneva World Meteorological Organization 2005 WMO/TD-N1276 P.7 15-7 16

3. Карпенко A A , Безверхний В A , Мохов И И Взаимные изменения температурного режима и содержания парниковых газов в атмосфере по палеореконструкциям с антарктической станции Восток // X Всероссийская конференция молодых ученых "Состав атмосферы Климатические эффекты Атмосферное электричество" Тезисы докладов Москва МАКС Пресс 2006 с 4

4 Mokhov 11, Bezverkhny V A, Karpenko A A Mutual dynamics of atmospheric components and climatic characteristics during last 420,000 years from Vostok ice core // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling H Ritchie (ed). Geneva World Meteorological Organization 2002 WMO/TD-N1105. P 2 17-2.18

5 Мохов И И., Безверхний В А , Карпенко А А. Циклы Миланковича и

эволюция характеристик климатического режима и состава атмосферы по данным ледяных кернов с антарктической станции Восток // Материалы гляциологических исследований 2003 Т 95 С 3-8

6 Mokhov 11, Bezverkhny V A, Karpenko A A Analysis of time lags between variations of temperature and greenhouse gases atmospheric content at Milankovitch periods from paleoreconstructions // Research Activities m Atmospheric and Oceanic Modelling J Cote (ed ) Geneva World Meteorological Organization 2004 WMO/TD-N122Û P 7.31-7 32

7. Мохов И И, Безверхний В А, Карпенко А.А Диагностика взаимных изменений содержания парниковых газов в атмосфере и температурного режима по палеореконструкциям для антарктической станции Восток // Известия АН, Физика атмосферы и океана 2005 Т.41 No 5 С 579-592

8 Мохов И И , Елисеев А В , Демченко П Ф , Хон В Ч , Акперов M Г., Аржанов M M, Карпенко А А , Тихонов В А , Чернокульский А В Климатические изменения и их оценки с использованием глобальной модели ИФА РАН//Доклады РАН 2005 Т402 No 2 С.243-247

9 Мохов И И , Безверхний В А , Елисеев А В , Карпенко А А Взаимосвязь изменений глобальной приповерхностной температуры с изменениями солнечной активности по данным наблюдений и реконструкций для XVII-XX веков и по модельным расчетам // Доклады РАН 2006 Т 409 No 1 С 115-119

10 Мохов И И, Безверхний В А, Елисеев А В , Карпенко А А Модельные оценки глобальных климатических изменений в XXI веке с учетом различных сценариев вариаций солнечной активности И Доклады РАН 2006 Т 411. No 2. С 250-253

11 Мохов И И., Карпенко А А, Стотг П.А Наибольшие скорости регионального потепления климата в последние десятилетия с оценкой роли естественных и антропогенных причин // Доклады РАН. 2006

Т 406 No 4 С 538-543

12 Мохов И И, Елисеев А В, Карпенко А А Чувствительность к антропогенным воздействиям глобальной климатической модели ИФА РАН с интерактивным углеродным циклом // Доклады РАН 2006 Т 407 No 3 С 400-404

13 Мохов И И , Елисеев А В , Карпенко А.А Взаимодействие климата и углеродного цикла в 20-21 вв по расчетам с глобальной климатической моделью // Вычислительные технологии 2006 Спец выпуск Т11 С 156-165

14 Мохов И И, Карпенко А А Моделирование потепления в районе Антарктического полуострова // Труды конференции "Россия в Антарктике" 2007

15 Елисеев А В , Мохов И И , Карпенко А А Взаимодействие климата и углеродного цикла в XX-XXI веках в модели климата промежуточной степени сложности // Известия РАН, физика атмосферы и океана 2007 Т 43 No 1 С 3-17

16 Елисеев А.В, Мохов И И, Карпенко А А Влияние учета прямого радиационного воздействия сульфатных аэрозолей на результаты численных экспериментов с климатической моделью общей сложности // Известия РАН, физика атмосферы и океана 2007 (в печати)

/

Заказ №719. Объем 1 пл Тираж 100 экз.

Отпечатано в ООО «Петроруш». г. Москва, ул. Палиха-2а, тел 250-92-06 тгрну.роэШог га

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Карпенко, Андрей Александрович

Введение

1. Диагностика взаимных изменений радиационно-активных компонент и температурного режима атмосферы по палеореконструкциям

1.1 Используемые данные и методы анализа.

1.2 Диагностика взаимных изменений содержания парниковых газов и температурного режима атмосферы по палеореконструкциям антарктической станции Восток.

1.3 Диагностика взаимных изменений температурного режима и содержания аэрозолей в атмосфере по палеореконструкциям антарктической станции Восток.

1.4 Обсуждение результатов главы 1.

2. Диагностика роли естественных и антропогенных факторов современных изменений климата

2.1 Взаимосвязь климатических изменений с изменениями солнечной активности по данным наблюдений, реконструкций и модельным расчётам.

2.2 Оценка скорости потепления в регионах с наибольшими наблюдаемыми трендами за последние десятилетия с оценкой роли естественных и антропогенных причин.

2.3 Обсуждение результатов главы 2.

3. Исследование роли различных факторов на возможные изменения климата в XXI веке с использованием климатической модели промежуточной сложности

3.1 Анализ влияния взаимодействия земной климатической системы с углеродным циклом на чувствительность ее температурного режима.

3.2 Оценка влияния возможных вариаций солнечной активности на климатические изменения.

3.3 Обсуждение результатов главы 3.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Анализ роли естественных и антропогенных факторов изменений климата на основе данных палеореконструкций, инструментальных наблюдений и модельных расчетов"

В последние десятилетия отмечен [11, 19, 37, 46, 47, 48, 76] значительный рост глобальной приповерхностной температуры. Можно разделить воздействующие на климат факторы на естественные (изменения солнечной активности, содержания аэрозолей в атмосфере в результате извержений вулканов) и антропогенные (выбросы парниковых газов, аэрозолей) [16, 37, 62, 97, 104, 106]. Актуальной проблемой является определение вклада естественных и антропогенных факторов в современное потепление климата с оценкой возможных тенденций изменения.

Целью данной работы является анализ сравнительной роли естественных и антропогенных факторов в глобальных и региональных климатических изменениях с использованием различных данных и модельных расчетов.

Для достижения поставленной цели в диссертации ставились следующие задачи:

1. Провести детальный анализ взаимной динамики изменений температуры и концентраций парниковых газов и аэрозолей в атмосфере с использованием различных методов на основе палеореконструкций.

2. Проанализировать изменения глобальной приповерхностной температуры по расчетам с климатической моделью ИФА РАН в сопоставлении с данными инструментальных измерений и существующими реконструкциями вариаций солнечной постоянной.

3. Оценить способность современных климатических моделей воспроизводить изменения приповерхностной температуры для регионов с максимальными температурными трендами, отмеченными в последние десятилетия XX века, с оценкой вклада естественных и антропогенных воздействий.

4. Оценить влияние на температурный режим и его изменения учета взаимодействия с углеродным циклом в климатической модели ИФА РАН при различных сценариях эмиссий углекислого газа в атмосферу. 3

5. Провести анализ возможных изменений глобальной приповерхностной температуры в XXI веке на основе численных расчетов с климатической моделью ИФА РАН при различных сценариях с учетом антропогенных и естественных факторов, в частности изменений солнечной активности и изменении содержания в атмосфере парниковых газов.

Научная новизна и основные результаты работы:

1. С использованием разностороннего анализа, в том числе разных методов кросс-вейвлетного анализа, получены детальные характеристики взаимных изменений температуры и содержания в атмосфере радиационно-активных компонентов на основе палеореконструкций по данным ледовых кернов с антарктической станции Восток.

2. Исследованы спектральные характеристики и динамика взаимных изменений солнечной активности по различным реконструкциям и соответствующих изменений глобальной приповерхностной температуры по данным наблюдений и численным расчётам с климатической моделью ИФА РАН. Получены оценки изменения глобальной приповерхностной температуры по расчетам с климатической моделью ИФА РАН с использованием реконструкций солнечной постоянной.

3. Оценена возможность современных климатических моделей воспроизводить температурные изменения в регионах с наибольшими наблюдаемыми положительными температурными трендами для последних десятилетий XX века с оценкой роли естественных и антропогенных факторов.

4. Оценены изменения температурного режима и характеристик углеродного цикла по результатам численных расчетов с климатической моделью ИФА РАН с интерактивным углеродным циклом в сравнении с версией модели без учета углеродного цикла.

5. Оценены возможные изменения глобальной температуры в XXI веке по расчётам с климатической моделью ИФА РАН при различных сценариях антропогенных и естественных воздействий. На основании полученных результатов сделан вывод о сравнительно небольшом возможном вкладе изменений солнечной активности в климатические изменения в XXI веке.

Научная и практическая значимость результатов:

Полученные результаты могут использоваться при анализе климатических изменений и при валидации климатических моделей.

Личный вклад автора:

Автор принимал участие во всех этапах работы, в том числе в формулировке задач и интерпретации полученных результатов. Основные результаты диссертационной работы получены автором лично. Автором были проведены все расчеты, связанные с анализом используемых данных палеореконструкций, наблюдений, реанализа и модельных расчетов, за исключением расчетов с оптимизированной базисной функцией при использовании метода вейвлетного преобразования, проведенных В.А. Безверхним. Численные эксперименты с климатической моделью ИФА РАН были проведены А.В. Елисеевым.

Апробация работы: Результаты работы докладывались:

• на семинарах Лаборатории теории климата и Отдела исследований климатических процессов ИФА РАН

• на семинаре Секции атмосферных наук и метеорологии и Комиссии по климату Национального геофизического комитета (Москва, 2005)

• на международной школе по геофизике и гидродинамике окружающей среды (Кембридж, 2005)

• на научном симпозиуме "Метеорологические исследования в Антарктике" (Санкт-Петербург, 2005)

• на научной конференции "Россия в Антарктике" (Санкт-Петербург, 2006)

• на всероссийской конференции молодых ученых САТЭП-2006 - "Состав атмосферы и электрические процессы" (Звенигород, 2006)

• на международной конференции Enviromis-2006: "Наблюдения, моделирование и информационные системы для окружающей среды, как средства улучшения экологической обстановки на городском и региональном уровнях" (Томск, 2006)

• на российско-британской конференции молодых ученых "The INYS Climate Change Workshop" (Санкт-Петербург, 2007)

Структура и содержание диссертации:

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Карпенко, Андрей Александрович

Заключение

Полученные результаты позволяют сформулировать следующие основные выводы:

1. С использованием различных методов проведен разносторонний анализ взаимной эволюции изменений температуры, содержания в атмосфере углекислого газа и метана и концентраций континентального и морского аэрозолей для последних 415 тыс. лет по данным палеореконструкций для антарктической станции Восток. Наряду с общим доминированием отставания вариаций содержания парниковых газов и аэрозоля относительно вариаций температуры выявлены особенности со взаимными фазовыми сдвигами противоположного знака. В частности, с использованием кросс-вейвлетного и кросс-спектрального анализа отмечены режимы для последнего 100-тысячелетнего интервала, когда вариации содержания метана опережали вариации температуры и содержания углекислого газа, а также когда изменения содержания морского аэрозоля опережали температурные изменения.

2. Согласно полученным результатам связь температурного режима с вариациями солнечной активности по данным наблюдений и реконструкций существенно менялась в течение последних полутора сотен лет - вплоть до изменения знака корреляции. При этом по модельным оценкам вариациями солнечной активности можно объяснить не более четверти величины глобального потепления последних десятилетий.

3. Сделан вывод, что современные климатические модели способны адекватно воспроизводить температурные изменения в регионах с наибольшими трендами потепления в последние десятилетия. Получено достаточно хорошее соответствие положительных трендов среднегодовой приповерхностной температуры для регионов Аляски и Антарктического полуострова. Согласно модельным результатам в регионах с наибольшей

104 скоростью потепления у поверхности в конце XX века определяющая роль в этих изменениях связана с антропогенными воздействиями. Результаты ансамбля модельных расчетов при разных начальных условиях свидетельствуют о возможности проявления при глобальном антропогенном потеплении отрицательных региональных температурных трендов в отдельных численных реализациях даже для регионов с наибольшими скоростями потепления в конце XX века.

4. При сценариях антропогенных эмиссий для XXI века в климатической модели ИФА РАН с блоком интерактивного углеродного цикла обратная связь между климатом и углеродным циклом приводит к дополнительному увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере и ведет к дополнительному росту температуры на 0.1 К к 2000 г. и до 0.3-0.4 К к 2100 г. При этом параметр обратной связи между климатом и углеродным циклом меняется во времени немонотонно.

5. Впервые сделаны оценки изменений климата в XXI в. с учетом ансамбля возможных сценариев изменений солнечной активности наряду с антропогенными воздействиями с использованием трехмерной климатической модели. Результаты расчетов с КМ ИФА РАН свидетельствуют о сравнительно малой роли вариаций солнечной активности в изменениях глобальной среднегодовой приповерхностной температуры в XXI в. по сравнению с возможными антропогенными воздействиями.

В заключение автор выражает глубокую благодарность И.И. Мохову, осуществлявшего научное руководство диссертационной работой. Автор выражает признательность В.А. Безверхнему, Г.С. Голицыну, А.В. Елисееву, П.А. Стотту и М.И. Фортус за многочисленные полезные обсуждения.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Карпенко, Андрей Александрович, Москва

1. Барков Н.И., Вострецов Р.Н., Липенков В .Я., Саламатин А.Н. Колебания температуры воздуха и осадков в районе станции Восток на протяжении четырех климатических циклов за последние 420 тысяч лет // Арктика и Антарктика. 2002. Вып.1(35). С.82-97.

2. Безверхний В.А. Развитие метода вейвлет-преобразования для анализа геофизических данных // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2001. Т.37. No. 5. С. 630-638.

3. Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. JL: Гидрометиздат, 1980

4. Будыко М.И., Ронов А.Б., Яншин A.JI. История атмосферы. JL: Гидрометеоиздат, 1985.

5. Вакуленко Н.В., Котляков В.М., Монин А.С., Сонечкин Д.М. Доказательство упреждения изменений концентрации парниковых газов вариациями температуры в данных станции "Восток" // Доклады РАН. 2004. Т.397, No.5. С. 686-690.

6. Васильчук Ю.К., Котляков В.М. Основы изотопной геокриологии и гляциологии // М.: Изд-во МГУ, 2000, 614 с.

7. Володин Е.М., Дианский Н.А. Воспроизведение изменений климата в 1922 столетиях с помощью модели общей циркуляции атмосферы и океана // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2006. Т.43. N.3. С.291-306.

8. Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации (ВНИИГМИ) Мировой центр данных: http ://meteo.ru/institute/

9. Голубятников JI.JL, Мохов И.И., Денисенко Е.А., Тихонов В.А. Модельные оценки влияния изменений климата на растительный покров и сток углерода из атмосферы // Изв. РАН, Физика атмосферы и океана. Т. 41. No Л. С.22-32.

10. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Колебания и изменения климата на территории России // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2003. Т.39. No.2. С.166-185.

11. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Обнаружение изменений климата: состояние, изменчивость и экстремальность климата // Метеорология и гидрология. 2004. No. 4. Р. 50-66.

12. Дымников В.П., Лыкосов В.Н., Володин Е.М. Проблемы моделирования климата и его изменений // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2006. Т.42, No5. С.618-636.

13. Дымников В.П., Лыкосов В.Н., Володин Е.М., Галин В.Я., Глазунов А.В.,

14. Грицун А.С., Дианский Н.А., Толстых М.А., Чавро А.И. Моделирование климата и его изменений // Современные проблемы вычислительной математики и математического моделирования, М.: Наука, 2005, Т.2, С.38-175.

15. Елисеев А.В., Мохов И.И., Карпенко А.А. Взаимодействие климата и углеродного цикла в XX-XXI веках в модели климата промежуточной степени сложности. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2007. Т.43. No.l. С.3-17.

16. Израэль Ю.А., Груза Г.В., Катцов В.М., Мелешко В.П. Изменения глобального климата. Роль антропогенных воздействий // Метеорология и гидрология. 2001. No.5. С.5-21.

17. Каппелини В., Константинидис А.Дж., Эмилиани П. Цифровые фильтры и их применение. М.: Энергоатомиздат, 1983. 360 с.

18. Катцов В.М., Мелешко В. П. Сравнительный анализ моделей общей циркуляции атмосферы и океана, предназначенных для оценки будущихизменений климата. Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2004. Т.40. No.6. С.723-736.

19. Катцов В.М., Спорышев П.В. Пространственно-временные особенности глобального потепления // Доклады РАН. 2006. Т.410. No.4. С.532-537.

20. Кислов А.В. Климат в прошлом, настоящем и будущем // М.: МАИК "Наука/Интерпериодика". 2001. 351 с.

21. Котляков В.М., Лориус К. Четыре климатических цикла по данным ледяного керна из глубокой скважины на станции Восток в Антарктиде // Известия РАН. Сер. географич. 2000. No. 1. С.7-19.

22. Липенков В .Я., Барков Н.И., Саламатин А.Н. История климата и оледенения Антарктиды по результатам изучения ледяного керна со станции Восток // Пробл. Арктики и Антарктики. 2000. Вып.72. С.197-236.

23. Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.; МИР, 1990г.

24. Миланкович М. Математическая климатология и астрономическая теория колебаний климата. М.-Л.: ГОНТИ. 1939. 207 с.

25. Монин А.С., Сонечкин Д.М. Колебания климата. М.: Наука, 2005,192 с.

26. Мохов И.И., Безверхний В.А., Елисеев А.В., Карпенко А.А. Модельные оценки глобальных климатических изменений в XXI веке с учетомразличных сценариев вариаций солнечной активности // Доклады РАН. 2006. Т.411. No.2. С.250-253.

27. Мохов И.И., Безверхний В.А., Карпенко А.А. Циклы Миланковича и эволюция характеристик климатического режима и состава атмосферы по данным ледяных кернов с антарктической станции Восток // Материалы гляциологических исследований. 2003. Т.95. С.3-8.

28. Мохов И.И., Елисеев А.В., Демченко П.Ф., Хон В.Ч., Акперов М.Г., Аржанов М.М., Карпенко А.А., Тихонов В.А., Чернокульский А.В. Климатические изменения и их оценки с использованием глобальной модели ИФА РАН // Доклады РАН. 2005. Т.402. No.2. С.243-247.

29. Мохов И.И., Елисеев А.В., Карпенко А.А. Чувствительность к антропогенным воздействиям глобальной климатической модели ИФА РАН с интерактивным углеродным циклом // Доклады РАН. 2006. Т.407. No.3. С.400-404.

30. Мохов И.И., Карпенко А.А. Моделирование потепления в районе Антарктического полуострова // Труды конференции " Россия в Антарктике", (в печати).

31. Мохов И.И., Карпенко А.А., Стотт П.А. Наибольшие скорости регионального потепления климата в последние десятилетия с оценкой роли естественных и антропогенных причин // Доклады РАН. 2006. Т.406. No.4. С. 538-543.

32. Переведенцев, Ю.П. Современные глобальные и региональные изменения климата // Географический вестник. Пермь, ПТУ. 2006. No.2. С.25-32.

33. Семенов С.М., Ясюкевич В.В., Гельвер Е.С. Выявление климатогенных изменений. М.: Метеорология и гидрология. 2006. 325 с.

34. Тарко A.M. Антропогенные изменения глобальных биосферных процессов. М.: Физматлит. 2005. 408 с.

35. Bacastow R. // Carbon Cycle Modelling, SCOPE-16 (eds. Bolin В.). N.Y.: J.Wiley and Sons. P.95-101.

36. Bala G., Caldeira K., Mirin A. et al. Multicentury changes to the global climate and carbon cycle: Results from a coupled climate and carbon cycle model // J. Climate. 2005. V.18. No.21. P.4531-4544.

37. British Antarctic Survey: http://www.antarctica.ac.uk/

38. Brovkin V., Bendtsen J., Claussen M. et al. Carbon cycle, vegetation, and climate dynamics in the Holocene: Experiments with the CLIMBER-2 model // Glob. Biogeochem. Cycles. 2002. V. 16. N. 4. P. 1139.

39. Brovkin V., Sitch S., von Bloh W. et al. Role of land cover changes for atmospheric C02 increase and climate change during the last 150 years // Glob. Change Biol. 2004. V.10. P.1253-1266.

40. Cao M., Prince S.D., Small J., Goetz S.J. Remotely sensed interannual variations and trends in terrestrial net primary productivity 1981-2000 // Ecosystems. 2004. V.7. P.233-242.

41. Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate

42. Change. Ed. By J.T. Houghton, Y. Ding et al. Cambridge: Cambridge Univ. Press. 2001. 881 pp.

43. Climate Change. The Intergovernmental Panel on Climate Change Scientific Assessment. Ed. By J.T. Houghton, G.J. Jenkins, J.J.Ephraums. Cambridge: Cambridge Univ. Press. 1990. 365 pp.

44. Climate Change: The Supplementary Report to the IPCC Scientific Assessment, Intergovernmental Panel on Climate Change. Houghton J.T., Callander B.A., Varney S.K. (eds.). Cambridge: Cambridge University Press. 1992.198 p.

45. Climate Research Unit (University of East Anglia): http://www.cru.uea.ac.uk

46. Cox P.M., Betts R.A., Jones C.D., Spall, S. A., Totterdell, I. J. Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model // Nature. 2000. V.408. P. 184-187.

47. Cubasch U., Voss R., Hegerl G.C., Waszkewitz J., Crowley T.J. Simulation of the influence of solar radiation variations on the global climate with an ocean-atmosphere general circulation model // Clim. Dyn. 1997. V.13. No.l 1. P.757-767

48. Cuffey K.M., Vimeux F. Covariation of carbon dioxide and temperature from the Vostok ice core after deuterium-excess correction // Nature. 2001. V.412. P.523-527.

49. Dufresne J.-L., Friedlingstein P., Berthelot M. et al. On the magnitude of positive feedback between future climate change and the carbon cycle // Geophys. Res. Lett. 2002. V.29. No. 10. P.1405.

50. Eddy J.A. The Maunder Minimum // Science. New Series. 1976. V.192. No.4245. P. 1189-1202.

51. Eliseev A.V., Mokhov I.I. Carbon cycle-climate feedback sensitivity to parameter changes of a zero-dimensional terrestrial carbon cycle scheme in a climate model of intermediate complexity // Theor. Appl. Climatol. 2007. (in press).

52. EPICA community members. Eight glacial cycles from an Antarctic ice core // Nature. 2004. V.429. P.623-628.

53. Etheridge D.M., Steele L.P., Langenfelds R.L. et al. Natural and anthropogenic changes in atmospheric C02 over the last 1000 years from air in Antarctic ice and firn // J. Geophys. Res. 1996. V.101. No.D2. P.4115-4128.

54. Farquhar G.D., von Caemmerer S., Berry J.A. A biochemical model of photosynthetic C02 assimilation in leaves of C3 species // Planta. 1980. V.149. P.78-90.

55. Friedlingstein P., Cox P., Betts R. et al. Climate-carbon cycle feedback analysis, results from the C4MIP model intercomparison // J. Climate. 2006. V.19. N.14. P.3337-3353.

56. Friedlingstein P., Dufresne J.-L., Cox P.M., Rayner P. How positive is the feedback between climate change and the carbon cycle? // Tellus. 2003. V.55B. No.2. P.692-700.

57. Gerald A. Meehl, Warren M. Washington, Caspar M. Ammann, Julie M. Arblaster, Т. M. L. Wigley, and Claudia Tebaldi. Combinations of natural and anthropogenic forcings in twentieth-century climate // Climate. 2004. V.17. No. 19. P.3721-3727.

58. Gildor H., Ghil M. Phase relations between climate proxy records: Potential effect of seasonal precipitation changes // Geophys. Res. Lett. 2002. V.29. No.2. DOI 10.1029/2001GL013781

59. Govindasamy В., Thompson S., Mirin A. et al. Increase of carbon cycle feedback with climate sensitivity: results from a coupled climate and carbon cycle model // Tellus. 2005. V.57B. No.2. P. 153-163.

60. Grinsted A., Moore J.C., Jevrejeva S. Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series // Nonlinear Processes in Geophysics. 2004. V.l 1. P.561-566.

61. Handorf D., Petoukhov V.K., Dethloff K., A.V. Eliseev, A. Weisheimer, I.I. Mokhov. Decadal climate variability in a coupled atmosphere-ocean climate model of moderate complexity // J. Geophys. Res. 1999. V.l04. No.D22. P.27253-27275.

62. Hansen J., Fung I., Lacis A., Rind D., Lebedeff S., Ruedy R., Russell G., Stone P. Global climate changes as forcast by Goddard Institute for Space Studies 3-dimensional model // J. Geophys. Res. 1988. V.93. P.9341-9364.

63. Hansen J., Ruedy R., Glascoe J., Sato M. Global temperature change // J. Geophys. Res. 1999. V.104(D24). P.30997-31022.

64. Houghton R.A. Revised estimates of the annual net flux of carbon to the atmosphere from changes in land use and land management 1850-2000 // Tellus. 2003. V.55B. No.2. P.378-390.

65. House J.I., Prentice I.C., Ramankutty N. et al. Reconciling apparent inconsistencies in estimates of terrestrial C02 sources and sinks // Tellus. 2003. V.55B. No.2. P.345-363.

66. Hoyt D.V., Schatten K.H. The Role of the Sun in Climate Change // Oxford: Oxford University Press. 1997.

67. International Arctic Research Center: http://www.iarc.uaf.edu/

68. Jevrejeva S., Moore J.C., Grinsted A. Influence of the Arctic Oscillation and El Nino-Southern Oscillation (ENSO) on ice conditions in the Baltic Sea: The wavelet approach//J. Geophys. Res. 2003. V.l 08 No.D21. P.4677.

69. Johns T.C., Gregory J.M., Ingram W.J. et al. Anthropogenic climate change for 1860 to 2100 simulated with the HadCM3 model under updated emission scenarios // Clim. Dyn. 2003. V.20. P.583-612.

70. Jones C.D., Cox P.M., Esseiy R.L.H. et al. Strong carbon cycle feedbacks in a climate model with interactive C02 and sulphate aerosols // Geophys. Res. Lett. 2003. V.30. No.9. P. 1479.

71. Jones P.D., New M., Parker D.E. et al. Surface air temperature and its changes over the past 150 years // Rev. Geophys. 1999. V.37. No.2. P. 173-199.

72. Keeling C.D., Chine J.F.S., Whorf T.P. Increased activity of northern vegetation inferred from atmospheric C02 measurements // Nature. 1996. V. 382. P. 146-149.

73. Kistler R. et al. The NCEP-NCAR 50-year reanalysis: Monthly means CD-ROM and documentation // Bull. Amer. Met. Soc. 2001. V.82. P.247-266.

74. Goldewijk K.K. Estimating global land use change over the past 300 years: The HYDE Database // Glob. Biogeochem. Cycles. 2001. V.15. No.2. P.417-433.

75. Lean J. Evolution of the Sun's spectral irradiance since the Maunder minimum // Geophys. Res. Lett. 2000. V.27. P.2425-2428.

76. Lean J., Beer J., Bradley R. Reconstruction of solar irradiance since 1610: Implications for climate change // Geophys. Res. Lett. 1995. T.22. No.23. C.3195-3198.

77. Lenton T.M. Land and ocean carbon cycle feedback effects on global warming in a simple Earth system model // Tellus. 2000. V.52B. No.5. P.l 159-1188.

78. Mann M. E., Jones P. D. Global surface temperatures over the past two millennia// Geophys. Res. Lett. 2003. V.30. doi:10.1029/2003GL017814.

79. Marland G., Boden T.A., Andres R.J. Global, regional, and national C02 emissions // Trends: A Compendium of Data on Global Change Oak Ridge,

80. Term.: Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy 2005.

81. Matthews H.D., Weaver A.J., Meissner K.J. et al. Natural and anthropogenic climate change: incorporating historical land cover change, vegetation dynamics and the global carbon cycle // Clim. Dyn. 2004. V.22. P.461-479.

82. Matthews H.D., Weaver A.J., Meissner K.J. Terrestrial carbon cycle dynamics under recent and future climate change // J. Climate. 2005. V.18. No.10. P. 1609-1628.

83. Meehl G.A., Washington W.M., Wigley T.M.L., Arblaster J.M, Dai A. Solar and Greenhouse Gas Forcing and Climate Response in the Twentieth Century // J. Climate. 2003. V.16. P.426-444.

84. Millero F. Thermodynamics of carbon dioxide system in the ocean // Geophys. Cosmophys. Acta. 1995. V.59. No.4. P.661-677.

85. Moberg A., Sonechkin D., Holmgren K., Datsenko N., Karlen W. Highly variable Northern Hemisphere temperatures reconstructed from low- and high-resolution proxy data // Nature. 2005. V.433, P.613-617.

86. Moore J., Grinsted A., Jevrejeva S. Is there evidence for sunspot forcing of climate at multi-year and decadal periods? // Geophys. Res. Lett. 2006. V.33. P.L17705.

87. Morlet J. Sampling theory and wave propagation. Issues in acoustics signal/image processing and recognition / In: NATO ASI Series, C.H. Chen (ed.), Springer. 1983. P.233-261.

88. Myhre G., Highwood E.J., Shine K.P., Stordal F. New estimates of radiative forcing due to well mixed greenhouse gases // Geophys. Res. Lett. 1998. V.25. P.2715-2718.

89. Foukall P., Frohlich C., Spruit H., Wigley Т. M. L. Variations in solar luminosity and their effect on the Earth's climate // Nature. 2006. V.443. P. 161166.

90. Parrenin F., Jouzel J., Waelbroeck C., Ritz C., Barnola J.M. Dating the Vostok ice core by an inverse method // J. Geophys. Res. 2001. V.106. P.31837-31851.

91. Patra P.K., Maksyutov S., Ishizawa M. et al. Interannual and decadal changes in the sea-air C02 flux from atmospheric C02 inverse modeling // Glob. Biogeochem. Cycles. 2005. V.19. No.4. P.GB4013.

92. Petit J.R., Jouzel J., Raynaud D., et al. Climate and atmospheric history of the past 420000 years from the Vostok ice core, Antarctica // Nature. 1999. V.399. P.429-436.

93. Petoukhov V.K., Mokhov I.I., Eliseev A.V., Semenov V.A. The IAP RAS global climate model. Moscow: Dialogue-MSU. 1998. 110 p.

94. Petoukhov V.K., Mokhov I.I., Eliseev A.V., Semenov V.A. The IAP RAS Global Climate Model. Moscow: Dialogue-MSU. 1998. 110 p.

95. Rind D. The Sun's Role in Climate Variations // Science. 2002.V.296. No.5568. P.673-677.

96. Rind D., Lean J., Healy R. Simulated time-dependent climate response to solar radiative forcing since 1600 // J. Geophys. Res. 1999. V.104. No.D2. P. 19731990

97. Robock A. Volcanic eruptions and climate // Rev. Geophys. 2000. V.38. P.191-219.

98. Ruddiman, W.F., M.E. Raymo. A methane-based time scale for Vostok ice // Quaternary Science Reviews, 2003. V.22. P.141-155.

99. Sabine C.L., Feely R.A., Gruber N. et al. The oceanic sink for anthropogenic C02 // Science. 2004. V.305. P.367-371.

100. Shi G. Radiative forcing and greenhouse effect due to the atmospheric trace gases // Science in China (Series B),.1992. V.35. P.217-229.

101. Simmons A J., Gibson J.K. The ERA-40 Project Plan / ERA-40 Project Rep. Ser. No.l. ECMWF, Shinfield Park, Reading, UK. 2000. 63 pp.

102. Sitch S., Brovkin V., von Bloh W. et al. Impacts of future land cover changes on atmospheric C02 and climate // Glob. Biogeochem. Cycles. 2005. V.19. No.2. P.GB2013.

103. Stott P.A. Attribution of regional-scale temperature changes to anthropogenic and natural causes // Geophys. Res. Lett. 2003. V.30. 1728.

104. Stott P.A., Tett S.F.B., Jones G.S. et al. External control of 20th century temperature by natural and anthropogenic forcings // Science. 2000. V.290. P.2133-2137.

105. Turner J., Colwell S.R., Marshall G.J., Lachlan-Cope T.A., Carleton A.M., Jones P.D., Lagun V., Reid P.A., Iagovkina S. Antarctic climate change during the last 50 years // International Journal of Climatology. V.25. No.3. P.279-294.

106. Torrence C., Compo G.P. A practical guide to wavelet analysis // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1998. V.19. P.1906-1931.

107. Zeng N., Qian H., Roedenbeck C., Heimann M. Impact of 1998-2002 midlatitude drought and warming on terrestrial ecosystem and the global carbon cycle // Geophys. Res. Lett. 2005. V.32. No.22. P.L22709.

108. Zorita, E. et al. Climate evolution in the last five centuries simulated by an atmosphere-ocean model: global temperatures, the North Atlantic Oscillation and the Late MaunderMinimum // Meteorol. Z. 2004. V.13. No.4. P.271-289.