Моделирование влияния климатических изменений на фазовое состояние воды в грунте

Аржанов, Максим Михайлович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Моделирование влияния климатических изменений на фазовое состояние воды в грунте
ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Моделирование влияния климатических изменений на фазовое состояние воды в грунте"

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВА

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ НА ФАЗОВОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДЫ В ГРУНТЕ

Специальность 25.00.29 - физика атмосферы и гидросферы

Физический факультет

На правах рукописи УДК 551.5

Аржанов Максим Михайлович

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2009

003468073

Работа выполнена в Институте физики атмосферы им. A.M. Обухова РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Демченко Павел Феликсович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Гельфан Александр Наумович

кандидат физико-математических наук Мачульская Екатерина Евгеньевна

Ведущая организация: Государственное учреждение "Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова"

Защита состоится " Я 2009 в ч. ЗО мин. на засе-

дании Диссертационного совета Д 501.001.63 при физическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова щ адресу: 119991, г. Москва, Ленинские Горы, д. 1, стр. 2, аудитория ^

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Автореферат разослан "/г^'ОгреЛЯ 2009. Учёный секретарь

Диссертационного совета Д 501.001.63 .

кандидат физико-математических наук /1

В.Б. Смирнов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Анализ данных наблюдений и результатов расчетов с использованием климатических моделей, свидетельствует об увеличении скорости глобального потепления в последние десятилетия, наиболее значительном над сушей высоких широт. Актуальной проблемой является исследование влияния изменений климата на пространственные распределения характеристик многолетнемерзлых грунтов.

Целью данной работы является исследование влияния естественной и антропогенной составляющих климатических изменений на процессы тепло- и влагообмена в системе "атмосфера-подстилающая поверхность-почва", а также усовершенствование методов параметризации процессов в почве и на подстилающей поверхности с учетом фазовых переходов влаги для численных схем климатических моделей. Основные задачи исследования:

• разработка модели, описывающей процессы тепло- и влагопереноса в почве с учетом фазовых переходов "вода-лед", верификация модели по данным наблюдений и реанализа;

• сравнительный анализ основных характеристик термического и гидрологического режимов почвы в регионах распространения вечной мерзлоты для второй половины XX в. по данным реанализа ERA-40;

• исследование возможных механических изменений грунта, вызванных деградацией приповерхностной мерзлоты;

• оценки изменения основных характеристик криолитозоны при заданном сценарии изменения климата для XXI века;

• исследование изменений термического и гидрологического режимов криолитозоны с использованием разработанной численной схемы в качестве интерактивного блока в климатической модели Института физики атмосферы им. A.M. Обухова РАН (КМ ИФА РАН).

Научная новизна и основные результаты работы.

Основу проведенных исследований составляют результаты численных экспериментов с разработанной схемой параметризации процессов тепло- и влагопереноса в почве и на подстилающей поверхности, позволяющей по заданным параметрам атмосферного климата рассчитывать характеристики термического и гидрологического режимов почвы в неинтерактивном режиме и в качестве составного блока климатической модели ИФА РАН.

Для второй половины XX века получены оценки глубин сезонного протаивания для суши Северного полушария при заданном по реанали-зу внешнем атмосферном воздействии. Проведено сравнение результатов численного моделирования среднегодового стока крупнейших рек Сибири с данными наблюдений.

Проведены расчеты изменения пространственного распределения приповерхностных многолетнемерзлых грунтов, получены оценки изменения глубин сезонного протаивания в XXI веке. Оценена переходная область, в которой на протяжении XXI века может произойти смена режима сезонного промерзания сезонным протаиванием.

Получены оценки потенциальных осадок поверхности грунта при про-таивании многолетнемерзлых пород для области смены режима промерза-ния/протаивания.

Получены пространственные распределения температуры поверхности почвы и глубин сезонного протаивания для равновесных численных экспериментов с климатической моделью ИФА РАН при задании доин-дустриального и современного значений концентрации углекислого газа в атмосфере.

Научная и практическая значимость.

Результаты работы могут использоваться при анализе влияния климатических изменений на основные характеристики криолитозоны, разработанная модель может быть включена в качестве интерактивного почвенного блока в климатические модели.

На защиту выносятся следующие теоретические положения.

• Физико-математическая модель процессов тепло- и влагопереноса в

деятельном слое почвы и на подстилающей поверхности с учетом фазовых переходов "вода-лед", настроенная на расчет продвижения границ мерзлый грунт^галый грунт при наличии нескольких границ с возможностью образования таликов;

• Модельные оценки глубин протаивания и межгодовых вариаций стока для бассейнов крупнейших сибирских рек, включающих регионы распространения многолетнемерзлых грунтов и выявление роли процессов промерзания/протаивания в межгодовой изменчивости стока;

• Методика расчета осадки оттаивания поверхности грунта и результаты моделирования осадки поверхности при возможной деградации многолетнемерзлых пород в XXI веке;

• Расчет основных характеристик температурного и гидрологического режимов многолетнемерзлых грунтов в интерактивных равновесных численных экспериментах с моделью климата ИФА РАН.

Личный вклад автора.

Автором был разработан численный алгоритм и реализован программный код модели параметризации процессов влагопереноса в почве а также усовершенствован теплофизический блок модели, проведена верификация модели по данным инструментальных наблюдений на геокриологических стационарах и данным реанализа. Были проведены расчеты характеристик криолитозоны с заданным внешним атмосферным воздействием для XXI века. Разработан интерфейс для включения модели процессов в почве в климатическую модель ИФА РАН.

Автором проведены все расчеты, связанные с анализом изменения основных характеристик многолетнемерзлых грунтов, за исключением интерактивных расчетов с КМ ИФА РАН, проведенных A.B. Елисеевым. Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались:

• на семинарах Лаборатории теории климата и Отдела исследований климатических процессов ИФА РАН (Москва, 2004-2009);

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

• на международной конференции "Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений"(Тюмень, 2006);

• на международной конференции "Криогенные ресурсы полярных ре-гионов"(Салехард, 2007);

• на международной конференции "Сосотояние и перспективы инженерного мерзлотоведения"(Тюмень, 2008);

Основные результаты диссертации опубликованы в 14 работах (из них 7- в рецензируемых журналах), список которых приводится в конце автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Рукопись содержит 120 страниц, 27 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 157 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулирована цель и задачи диссертационной работы, перечислены полученные в диссертации новые результаты, их практическая ценность, представлены положения, выносимые на защиту и описана структура диссертации.

Глава 1 посвящена обзору существующих методов диагностики состояния приповерхностных многолетнемерзлых грунтов. Рассматриваются основные подходы при прогнозировании изменений характеристик криоли-тозоны в зависимости от изменений климата - палеоклиматические реконструкции, мерзлотно-климатические индексы и физико-математические модели процессов в почве и на подстилающей поверхности. Проводится сравнение моделей различных классов.

Глава 2 содержит описание разработанной модели тепло- и влаго-переноса в почве. Анализируются результаты численных экспериментов по верификации теплового и гидрологического блоков модели. В качестве входных данных используется реанализ Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (ЕСМ\\Т) Е11А-40. Расчеты проводятся для периода 1961-2000 гг.

В разделе 2.1 формулируется математическая постановка рассматриваемой задачи тепло- и влагопереноса в грунте при наличии границ фазовых переходов. Основу одномерной динамической модели составляют уравнения:

где введены следующие обозначения параметров: Т - температура, °С; р - плотность, кг/м3; С(Т, к) - теплоемкость, Дж/(кг К); Х(Т,т) - теплопроводность, Вт/(м К); р - диффузивность, м2/с; 7 - коэффициент вла-гопроводности, м/с; ш - содержание влаги в почве, м/м; Д/ - изменение влагосодержания почвы за счет стока, 1/с; г - пространственная координата, направленная вниз, м; í - время, с.

Верхняя граница г, для уравнения (1) совпадает с поверхностью почвы (или снега), нижняя граница определяется глубиной расчетной области в почве. Верхняя граница для уравнения (2), описывающего влагоперенос в почве, соответствует поверхности почвы, нижняя граница - глубине талого слоя почвы. Положение границы г-ого фронта фазового перехода почвенной влаги определяется из условия Стефана:

где Ь - затраты тепла на межфазовые переходы в единице объема грунта, Дж/кг; А^, Х/г - коэффициенты теплопроводности талой и мерзлой почвы, Вт/(м К). Номера границ фазовых переходов отсчитываются от поверхности почвы, индекс г принимает значения 1, 2,____

(1)

(2)

(3)

В разделе приводятся схемы расчета теплофизических характеристик грунта в зависимости от влагосодержания, схемы параметризации процессов снегонакопления, испарения и стока. Также приводится описание используемых входных данных.

В разделе 2.2 проводится верификация теплового блока модели. Моделируемые значения глубины сезонного протаивания сравниваются с данными инструментальных наблюдений для нескольких геокриологических стационаров: Якутск (62° с.ш., 129° в.д.), Тикси (72° с.ш., 128° в.д.), Марре-Сале (69° с.ш., 66° в.д.), Воркута (67° с.ш., 64° в.д.). Значение моделируемой глубины протаивания для Якутска составляет 1,8 м., что хорошо согласуются с данными наблюдений 1,6±0,4 м. Для стационара Марре-Сале рассчитанное значение глубины 1,1 м. также очень близко к наблюдениям 1,2±0,6 м. Модельные оценки глубины протаивания для Тикси 0,6 м. несколько завышены по сравнению с данными наблюдений 0,4±0,2 м. Наибольшее расхождение моделируемых и наблюдаемых значений получено для Воркуты: результаты расчетов 1,4 м., данные наблюдений 0,8±0,4 м., что может объясняться различным типом почвы, заданной в модели и на площадке стационара, где проводились измерения. На рис. 1 представлено сравнение результатов моделирования глубин сезонного протаивания с данными наблюдений на геокриологических стационарах Марре-Сале (69° с.ш., 66° в.д.) и Аляски (North Slope) (69° с.ш., 148° з.д.). Выделенная серым цветом область обозначает разброс данных инструментальных наблюдений за глубиной сезонного протаивания на различных площадках каждого стационара. Коэффициенты корреляции между моделируемыми и наблюдаемыми значениями глубины протаивания составляют 0,6 для Марре-Сале и 0,8 для North Slope. Межгодовая изменчивость наблюдаемых глубин сезонного протаивания на площадках не превышает вариации глубины протаивания, связанные с особенностями микрорельефа, различными условиями снегонакопления, гидрологией и типом почв.

В разделе 2.3 проводится верификация гидрологического блока модели. Анализируются результаты моделирования среднегодового стока водосборных бассейнов рек Оби, Енисея и Лены. Осадки задавались по ре-анализу ERA-40 и по данным климатологического архива CRU, изменения

Марре-Сале

1980 1985 1990 1995 2000 годы

Аляска (Noth Slope)

1988

1992 1996 годы

2000

Рис. 1. Межгодовые изменения глубины сезонного протаивания по модельным оценкам (черная линия) и по данным наблюдений (выделенная серым область) при заданном по реанализу ERA-40 атмосферном воздействии для стационаров Марре-Сале и Аляски (Noth Slope).

остальных атмосферных характеристик - по данным реанализа. Для моделирования термического и гидрологического режимов болот в двух верхних метрах задавался торф. Суммарный модельный речной сток вычислялся как результат пространственного (по водосборам соответствующих рек) и временного (по календарному году) осреднения суммарного поверхностного и подповерхностного стока.

Для Оби (рис. 2) модельный годовой сток мало различается при различных данных для осадков. Следует отметить существенную зависимость

400 350 300

0 250

1 200

g 150 100 50 0

Рис. 2. Временной ход годового стока в бассейне Оби по данным наблюдений (1), модельным оценкам (при использовании осадков CRU) для суглинка (2) и торфа (3) и разности осадков и испарения Р-Е (4).

рассчитанного стока от типа почвы. Так, для суглинка (представительного для всех минеральных типов почв) годовой сток (218±22 мм/год) существенно завышен по сравнению с данными наблюдений (140±21 мм/год). При задании же в верхних двух метрах почвы торфа, а в более глубоких слоях суглинка модельный сток (159±18 мм/год) существенно лучше согласуется с наблюдениями. Полученное значение коэффициента корреляции временных рядов моделируемого и наблюдаемого стока составляет 0,7.

Лучшее согласие результатов моделирования стока с данными наблюдений при учете верхнего слоя почвы, насыщенного органикой, по сравне-

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995

ГОДЫ

нию с вариантом с минеральной почвой можно связать с большим распространением болот в бассейне Оби.

Для Енисея (рис. 3) при задании осадков по данным CRU и минеральной почвы средний за 1958-1996 гг. модельный сток составляет 235±17 мм/год. Это хорошо согласуется с оценками стока по данным на-

400 350 300

9 250

I 200

g 150

100 50

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000

ГОДЫ

Рис. 3. Временной ход годового стока в бассейне Енисея по данным наблюдений (1), модельным оценкам (при использовании осадков CRU) для суглинка (2) и разности осадков и испарения Р-Е (3).

блюдений 236±19 мм/год и с оценками по разности осадков и испарения с водосбора (237-244 мм/год). При этом неплохо воспроизводятся и межгодовые вариации стока. Исключение составляет период с середины 1960-х до середины 1970-х гг., когда изменчивость модельного стока заметно больше, чем по данным наблюдений, и в конце 1980-х гг. когда моделируемые значения превышают наблюдаемый сток. Коэффициента корреляции равен 0,4.

Существенная зависимость результатов моделирования от задания осадков отмечена для Лены (рис. 4). При задании осадков по данным CRU модельный сток существенно занижен (около 150±20 мм/год), и его тренд статистически незначим. При задании осадков по данным реанализа вплоть до конца 1960-х гг. модельный сток также существенно занижен, но затем быстро растет примерно на четверть, так что его средняя величина в

W "

350

2 -3 •■•

300

0 250

1 200

150

100

1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 ГОДЫ

Рис. 4. Временной ход годового стока в бассейне Лены по данным наблюдений (1), модельным оценкам (при использовании осадков ERA-40 (2) и CRU (3)) для суглинка и разности осадков и испарения Р-Е (4).

1975-1996 гг. составляет 180±30 мм/год. Последняя величина лучше согласуется с данными наблюдений для стока (220±30 мм/год) и его оценками как разности осадков и испарения с водосбора (190-214 мм/год). Значение коэффициента корреляции при этом равно 0,8.

Глава 3 посвящена расчетам возможных изменений основных характеристик криолитозоны в XXI веке в неинтерактивных численных экспериментах с разработанной моделью тепло- и влагопереноса в грунте при заданном внешнем атмосферном воздействии по сценарию SRES А2 климатической модели ECHAM5/MPI-OM.

В разделе 3.1 обсуждаются результаты моделирования динамики глубин сезонного протаивания для XXI века. На рис. 5 приведены результаты моделирования глубины сезонного протаивания приповерхностных мно-голетнемерзлых пород.

Современное положение моделируемых границ криолитозоны в целом хорошо согласуется с наблюдениями. Следует отметить, что в проведенных расчетах модельные оценки демонстрируют отсутствие приповерхностной мерзлоты на полуострове Лабрадор в районе залива Унгава. Это может быть связано с увеличенным количеством зимних осадков в этом реги-

2001-2010 гг. 2091-2100 гг.

Рис. 5. Моделируемые глубины сезонного протаивания (в метрах) при заданном атмосферном воздействии (ЕСНАМ5/МР1-ОМ).

оне во входных данных, и как следствие, увеличенной толщиной снежного покрова. В районе Аляски модельные оценки глубин протаивания ниже наблюдаемых величин. Также отмечается определенное расхождение моделируемых и наблюдаемых границ многолетнемерзлых пород в районе Тибета.

Пространственное распределение глубин сезонного протаивания для Северного полушария реалистично воспроизводится моделью. В Северном Китае и Монголии модельные оценки близки к данным наблюдений. Модельные оценки площади приповерхностных многолетнемерзлых грунтов 18,7 млн. км2.

В разделе 3.2 описываются результаты моделирования деградации приповерхностной мерзлоты в XXI веке. Анализируются результаты моделирования динамики глубины слоя сезонного протаивания в областях вечной мерзлоты, где может произойти смена режима сезонного протаивания сезонным промерзанием. На рис. 6 приведены результаты расчета глубины сезонного протаивания и промерзания в точках А (62° с.ш., 100° в.д.) и В (60° с.ш., 156° з.д.).

В разделе 3.3 приводятся результаты расчета потенциальных оса-

1 г

* з

£ 4

2000 2020 2040 2060 2080 2100 годы

1 2

I 3

5 4 о >.

Е 5 6 7 В

2000 2020 2040 2060 2080 2100 годы

Рис. 6. Изменения глубины сезонного протаивания (толстая черная линия), сезонного промерзания (тонкая черная линая) и глубины кровли многолетней мерзлоты (толстая серая линия) в метрах.

док оттаивания многолетнемерзлых пород. Для суши Северного полушария определена переходная область, в которой в XXI веке может произойти смена режима сезонного промерзания сезонным протаиванием. Для таких областей можно оценить величину тепловой осадки поверхности грунта в результате изменения объема при фазовом переходе "лед-вода "в зависимости от глубины слоя сезонного промерзания и глубины кровли многолетнемерзлых пород:

4 = »))(!--), (4)

Рш

где ю) и £/г(Т, 1и) - глубина кровли многолетнемерзлых пород и глу-

бина слоя сезонного промерзания в зависимости от температуры, влажности и льдистости, полученные из уравнения (3); рю и # - плотность воды и льда соответственно, кг/м3.

Изменения осадки поверхности грунта в XXI веке относительно периода 2001-2010 гг. приведены на рис. 7.

2041-2050 гг. 2091-2100 гг.

Рис. 7. Потенциальные осадки оттаивания многолетнемерзлых грунтов (в метрах) при изменении атмосферного воздействия по сценарию Б ПЕЙ А2 климатической модели ЕСНАМ5/МР1-ОМ для середины и конца XXI века.

Отрицательные значения обозначают величину осадки поверхности. Из рисунка видно, что наибольшие изменения положения верхней границы почвы, вызванные протаиванием многолетнемерзлых пород, будут происходить в центральной части западной Сибири, на полуострове Лабрадор (побережье Гудзонова залива). При этом величина осадки оттаивания за счет уменьшения объема мерзлого грунта может составить до 0,9 м. При этом не учитывается процесс вытеснения воды из норового пространства. В этом случае величина осадки будет больше (порядка нескольких метров).

Глава 4 посвящена анализу результатов интерактивных численных экспериментов с климатической моделью ИФА РАН по расчету характеристик термического и гидрологического режимов грунта при различных сценариях атмосферного воздействия.

В разделе 4.1 дано описание изменений в расчетной схеме модели

процессов в почве при включении ее в климатическую модель ИФА РАН. В частности, параметризация длинноволновой составляющей радиационного баланса была исключена из уравнения баланса энергии на подстилающей поверхности почвы и заменена соответствующими радиационными потоками, непосредственно рассчитываемыми атмосферным блоком КМ ИФА РАН. В верхнем слое почвы, наряду с возможностью выбора между минеральной почвой (глиной, суглинком, песком) и торфом, была добавлена возможность задания слоя нижней растительности (мхов и/или лишайников). Этот слой учитывался только в регионах тундры, лесотундры, холодного редколесья, и бореальных лесов, где его толщина задавалась равной 5 см.

С моделью были проведены равновесные численные эксперименты с различными значениями концентрации углекислого газа в атмосфере (постоянными в каждом эксперименте): доиндустриальной (280 млн-1, в дальнейшем этот эксперимент обозначается Р1), современной (380 млн-1, эксперимент РБ) и удвоенной доидустриальной (560 млн-1, эксперимент 2С02).

В разделе 4.2 обсуждаются результаты расчета характеристик сезонного промерзания/протаивания. Модель в целом реалистично воспроизводит распределение температуры поверхности Т$ып почвы (температуры границы раздела почва-снег при наличии последнего). Для среднегодовых значений Т3^п ( рис. 8) также результаты моделирования в целом хорошо согласуются с данными наблюдений для большинства регионов. По модельными оценкам отмечается завышение температуры поверхности почвы в центральной Африке и на севере Сибири.

При увеличении содержания углекислого газа в атмосфере вне тропиков наблюдается заметное потепление суши. Оно в целом больше зимой, чем летом и возрастает при росте географической широты. Разность равновесных значений между экспериментами 2С02 и Р1 максимальна в январе в Евразии (практически на всей территории материка потепление поверхности составляет 5-7 °С) и в Северной Америке (> 10°С на северо-востоке континента). В среднем за год наибольшее потепление превышает 5 "С в восточной Сибири и на севере Северной Америки. Для доиндустри-ального режима распределение многолетнемерзлых грунтов (рис. 9) в це-

лом согласуется с наблюдениями. В частности, в отличие от версии модели с упрощенной схемой термофизики почвы и не учитывающей орографии, вечная мерзлота в настоящей версии КМ ИФА РАН воспроизводится и в Тибете. Общая площадь распространения вечной мерзлоты для доинду-стриального состояния модели составляет около 21 млн. км2. При этом характерные глубины сезонного протаивания в КМ ИФА РАН составляют до 2 м в восточной и западной Сибири, на Тибете и в Северной Америке и 2-3 м — в центральной Сибири. Для современного равновесного режима (эксперимент РБ) по сравнению с доиндустриальным режимом выявлена существенная деградация вечной мерзлоты на Аляске. Следует отметить, что по данным наблюдений именно в этом регионе наблюдается сокращение площади распространения многолетнемерзлых грунтов. Площадь распространения вечной мерзлоты сокращается также в западной Сибири. В ряде других регионов распространения многолетнемерзлых грунтов несколько увеличивается глубина сезонного протаивания. Так, в западной Сибири и в Северной Америке эта глубина возрастает до 0,5-2,0 м. Общая площадь распространения многолетнемерзлых грунтов сокращается до и 15 млн. км2 (табл. 1).

Таблица 1. Общая площадь распространения вечной мерзлоты 5Р, площадь суши, подверженной сезонному промерзанию 5,/ и площадь снежного покрова в феврале млн. км2.

Наблюдательные оценки PI PD 2C02

sp 10,7-22,8 (Zhang et al., 1999) 21,4±0,3 14,9±0,3 5,4±0,2

£>sf 34,Oil,4 36,1±1,7 38,7±1,4

SP + Ssf 54,4±0,7 (Zhang et al, 2003) 55,4±1,4 51,1±1.6 44.1±1,4

SsJI 46,0±2,0 (Robinson et al, 1993) 47,2±2,4 42,3±1,6 35,7±1,1

43,2 (Мохов, 1993)

В разделе 4.3 анализируются результаты численных экспериментов с предписанным в модели пространственным распределением типов почв. При неучете торфяного слоя в болотных экосистемах температура скин-слоя почвы практически не меняется. Однако в регионах распространения болот отмечается сильное увеличение глубин сезонного протаивания (типично — на 0,5-1,0 м). Уменьшается общая площадь распространения

Рис. 8. Средняя для последних 50 лет численного эксперимента РГ) температура Т^ш (в градусах Цельсия) поверхности почвы (под снегом при наличии последнего) в КМ ИФА РАН (а), а также средняя для 1958-2001 гг. температура верхнего слоя почвы (0-7 см) по данным Е11А-40 (б) в среднем за год

многолетнемерзлых грунтов, при этом возрастает общая площадь суши, подверженная сезонному промерзанию. При дополнительном неучете пространственной неоднородности почв отмечается рост температуры поверхности зимой в регионах распространения песчаных почв. Наиболее значим этот эффект на Лабрадорском полуострове и на востоке Азии, где зимнее потепление поверхности достигает 0,5-2,0 К. Во влажных регионах статистически значимо возрастает среднегодовой сток. При дополнительном неучете слоя нижней растительности основные изменения касаются эвапо-транспирации, которая в целом возрастает в регионах холодных и бореаль-ных экосистем в теплый период года на 0,1 — 0,5 мм/сут.

В разделе 4.4 приводятся результаты расчета среднегодовых значений стока крупнейших мировых рек. Значения моделируемого стока в целом хорошо воспроизводят наблюдаемые значения для крупных водосборов, площадь которых превышает 1 млн. км2. Хорошее согласие с данными наблюдений получено для Оби, Енисея и Юкона, несколько хуже оно для Лены и Маккензи. Для этих рек общая величина стока в модели в случае доиндустриального равновесного режима составляет 1721±74 куб. км/год, в удовлетворительном согласии с данными наблюдений (1979 куб. км/год). Сток Миссисипи моделью занижается, что связано с занижением осадков в модели в регионе ее водосбора. При увеличении содержания углекислого газа в атмосфере сток возрастает в тропических и субтропических регионах. В средних широтах при этом отмечаются как регионы увеличения стока, так и регионы его уменьшения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Получены следующие основные результаты:

крова, характеристики гидрологического режима (поверхностный и подповерхностный сток, эвапотранспирацию, распределение влажности почвы), а также диагностировать образование/деградацию приповерхностной мерзлоты;

проведена верификация модели процессов в почве с заданием атмосферного воздействия по данным реанализа ЕИА-40 для второй половины XX века для Северного полушария. Первый этап верификации, проведенный путем сравнения рассчитанной глубины сезонного протаивания на геокриологических стационарах показал, что модель хорошо воспроизводит данные по изменению этого слоя за время наблюдений.

на втором этапе проведено сравнение результатов численного моделирования, данные наблюдений за стоком с водосборов крупенйших сибирских рек, включающих регионы приповерхностной многолетней мерзлоты и расчетом стока по имеющимся данным осадков и испарения для этих водосборов. Показано, что детальный учет процессов тепло- и влагопереноса в мерзлых грунтах существенно приближает результаты расчетов к данным наблюдений.

для заданного сценария изменения климата в неинтерактивных численных экспериментах получены оценки переходной зоны, в которой на протяжении XXI века режим сезонного оттаивания может смениться режимом сезонного промерзания, а также определено соответствующее смещение южной границы криолитозоны для Евразии и Северной Америки.

разработана методика расчета осадки оттаивания грунта при деградации приповерхностных многолетнемерзлых пород. Максимальное значение величины осадки за счет уменьшения объема оттаивания в верхнем слое без учета вытеснения влаги для зоны смены режима протаивания/промерзания составляет порядка 10% от глубины протаивания. Максимальная величина осадки в конце XXI века может составлять до 1,2 м.;

• показано, что в интерактивных равновесных численных экспериментах КМ ИФА РАН, дополненная разработанной схемой параметризации процессов тепло- и влагопереноса в почве, при задании доинду-сгриального и современного значения концентрации углекислого газа в атмосфере хорошо воспроизводит характеристики термического и гидрологического режимов почвы, включая температуру ее поверхности, характеристики сезонного протаивания/промерзания грунта и речной сток с крупнейших водосборов;

• показано, что недооценка органической компоненты почвы приводит к завышению глубин сезонного протаивания многолетнемерзлых грунтов. Связанное с этим уменьшение пористости почвы приводит к общему завышению эвапотранспирации и речного стока. Подобный же эффект проявляется при неучете слоя нижней растительности в регионах холодных и бореальных экосистем;

• показано, что равновесный отклик построенной модели на удвоение содержания углекислого газа в атмосфере характеризуется значительным потеплением поверхности почвы, сокращением площади распространения многолетнемерзлых грунтов и общим ростом испарения с континентов. Речной сток при этом увеличивается в высоких широтах и уменьшается — в субтропических. Эти результаты согласуются с выявленными по данным наблюдений для XX века и с расчетами с использованием современных климатических моделей для XXI века

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Arzhanov M.M., Anisimov О.A., Demchenko P.F., Eliseev A.V., Mokhov I.I. Permafrost models intercomparison // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Geneva: World Meteorological Organization. 2004. N. 1220. P. 04.01-04.02.

2. Arzhanov M.M., Demchenko P.F., Eliseev A.V., Mokhov I.I. Modelling thermal and hydrologie regime of the permafrost // Research Activities

in Atmospheric and Oceanic Modelling. Geneva: World Meteorological Organization. 2006. N. 1347. P. 07.03-07.04.

3. Аржанов M.M. Моделирование температурного и гидрологического режимов многолетнемерзлых грунтов // X Всероссийская конференция молодых ученых: Состав атмосферы. Климатические эффекты. Атмосферное электричество. М.: МАКС Пресс. 2006. С. 12.

4. Аржанов М.М., Елисеев А.В., Демченко П.Ф., Мохов И.И. Моделирование изменений температурного и гидрологического режимов приповерхностной мерзлоты с использованием климатических данных (ре-анализа) // Криосфера Земли. 2007. Т. XI. № 4. С. 65-69.

5. Аржанов М.М., Елисеев А.В., Демченко П.Ф., Мохов И.И., Хон Б.Ч. Моделирование температурного и гидрологического режима водосборов сибирских рек в условиях вечной мерзлоты с использованием данных реанализа // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т. 44. № 1. С. 86-93.

6. Аржанов М.М., Демченко П.Ф., Елисеев А.В., Мохов И.И. Воспроизведение характеристик температурного и гидрологического режимов почвы в равновесных численных экспериментах с моделью климата промежуточной сложности // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т. 44. № 5. С. 591-610.

7. Аржанов М.М., Елисеев П.Ф. ДемченкоА.В., Мохов И.И. Математическое моделирование влияния изменений климата на вечную мерзлоту // Криогенные ресурсы Полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения. Тюмень: ТюмГНГУ. 2008.

8. Аржанов М.М., Елисеев А.В., Демченко П.Ф., Мохов И.И., Хон Б.Ч. Моделирование реакции термического и гидрологического режима водосборов сибирских рек на современные изменения климата с использованием данных реанализа // Материалы междунар. конф.: Криогенные ресурсы полярных регионов. Салехард: 2007. С. 108-111.

9. Демченко П.Ф., Елисеев А.В., Аржанов М.М., Мохов И.И. Влияние скорости глобального потепления на таяние вечной мерзлоты // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2006. Т. 42. № 1. С. 35-43.

10. Eliseev A.V., Arzhanov М.М., Demchenko P.F., Denisov S.N., Mokhov I.I. Permafrost response to SRES A2 greenhouse forcing in a climate model of intermediate complexity // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Geneva: World Meteorological Organization. 2007. N. 1397. P. 09.05-09.06.

11. Eliseev A.V., Mokhov 1.1., Arzhanov M.M., Demchenko P.F., Denisov S.N. Coupled climate-methane cycle simulation with a climate model of intermediate complexity forced by SRES A2 scenario // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. Geneva: World Meteorological Organization. 2007. N. 1397. P. 09.03-09.04.

12. Елисеев A.B., Мохов И.И., Аржанов M.M., Демченко П.Ф., Денисов С.Н. Учет взаимодействия метанового цикла и процессов в болотных экосистемах в климатической модели промежуточной сложности // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т. 44. № 2. С. 147-162.

13. Елисеев А.В., Аржанов М.М., Демченко П.Ф., Мохов И.И. Изменения климатических характеристик суши внетропических широт Северного полушария в XXI веке: оценки с климатической моделью ИФА РАН // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т. 44. Xs 6. С. [в печати].

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

Подписано к печати 1S.04-.0Pl_

Тираж 100 Заказ 2й_

Отпечатано в отделе оперативной печати

физического факультета МГУ '

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Аржанов, Максим Михайлович

Введение

1 Методы диагностики приповерхностных многолетнемерз-лых грунтов

2 Моделирование процессов тепло- и влагопереноса в почве с учетом фазовых переходов при заданном атмосферном воздействии

2.1 Схема параметризации процессов тепло- и влагопереноса в почве и на подстилающей поверхности.

2.2 Моделирование глубин сезонного протаивания с использованием данных реанализа.

2.3 Моделирование гидрологических процессов в почве в условиях вечной мерзлоты.

3 Изменения характеристик вечной мерзлоты при антропогенном изменении климата в неинтерактивных численных экспериментах с моделью общей циркуляции атмосферы и океана

3.1 Изменения глубин сезонного протаивания при потеплении климата.

3.2 Моделирование динамики деградации приповерхностных многолетнемерзлых пород при антропогенном изменении климата.

3.3 Расчет осадки оттаивания многолетнемерзлых пород в XXI веке

4 Расчет характеристик температурного и гидрологического режимов в почве в интерактивных численных эспериментах с климатической моделью ИФА РАН

4.1 Описание проведенных численных экспериментов.

4.2 Расчет характеристик сезонного промерзания/протаивания грунта с климатической моделью ИФА РАН.

4.3 Результаты численных эксперименты с пространственным изменением структуры почв.

4.4 Оценки стока для водосборов крупнейших мировых рек с климатической моделью ИФА РАН

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Моделирование влияния климатических изменений на фазовое состояние воды в грунте"

Объект исследования и актуальность темы.

Современный подход к исследованию наблюдавшихся изменений климата, а также возможных изменений климата в будущем предполагает использование физико-математических моделей, описывающих процессы взаимодействия в системе "атмосфера-почва-океап". При этом одной из основных задач является адекватное описание процессов тепло- и влагообмена, происходящих в приземпом слое атмосферы, на поверхности почвы и в ее деятельном слое (Мельников и Павлов, 2006; Израэль и др., 1999; Аниси-мов и Нельсон, 1990). Климатические характеристики почвы важны как для взаимодействия суши и атмосферы (Монип, 1982), так и для определения состояния биосферы (Тарко, 2005).

Ожидается, что наиболее значительные изменения климата, которые будут происходить в арктических и субарктических широтах (Анисимов и Белолуцкая, 2004; Covey et al., 2003; Jones et al., 1999) приведут к изменениям температурного и гидрологического режимов криолитозоны, вызывающих деградацию многолетнемерзлых пород (Anisimov and Nelson, 1996; Анисимов и Нельсон, 1997; Израэль и др., 2002). Наблюдения указывают на общее повышение температур ММГ в течение последних нескольких десятилетий в Субарктических регионах России (Израэль и др., 1999; Павлов, 2003), на северо-западе Канады (Smith et al., 2005) и на Аляске (Osterkamp and Romanovsky, 1999). На некоторых участках около южной границы криолитозоны в Западной Сибири и на Аляске потепление уже вызвало увеличение мощности сезонноталого слоя (СТС) и протаива-ние мерзлоты с поверхности (Jorgenson et al., 2001; Melnikov et al., 2004). Процессы развития непромерзающих слоев грунта, ограниченных мерзлыми породами (талик) приводят к осадке поверхности мерзлых массивов. В частности, на нескольких геокриологических станциях Аляски глубина осадки поверхности почвы по данным наблюдений за период с 1989 по 2004 составляла 1-5 м.'(Jorgenson et al., 2001). В рамках эксперимента CALM (Циркумполярного мониторинга деятельного слоя) на многих площадках проводятся измерения осадки поверхности почвы, что позволяет отслеживать величину понижения абсолютных высотных отметок кровли ММ Г. На мониторинговой площадке в районе г. Воркуты среднее по площадке снижение кровли ММГ за период 1999-2006 гг. составило порядка 40 см., при этом значение осадки поверхности почвы было порядка 20 см. (Ма-житова и Каверин, 2007). Одиннадцатилетний ряд наблюдений (1996-2006 гг.) на площадке показывает увеличение глубины СТС на 25%. Данные наблюдений по другим площадкам, расположенным на европейском севере России также демонстрируют систематическое увеличение глубины слоя протаивания (Малкова, 2005) и изменение рельефа поверхности площадок (Мажитова и Каверин, 2007). В связи с этим особое внимание в данной работе уделяется параметризации процессов, происходящих в почве с учетом фазовых переходов влаги на поверхности и в деятельном слое.

Оттаивание приповерхностных многолетнемерзлых пород может инициировать высвобождение активных парниковых газов, таких как углекислый газ и метан, выведенных из современного биогеохимического круговорота и законсервированных в вечной мерзлоте (Ривкина и др., 1992;

Gilichinsky et al., 1997; Мачульская и Лыкосов, 2002). Сокращение площади распространения мерзлоты, смена режима сезонного протаивания грунтов сезонным промерзанием может привести к изменению гидрологических характеристик, в частности, к увеличению стока рек в высоких широтах, вызывая повышение температуры морей Арктического бассейна, а также оказывая влияниие на бюджет солености Северного Ледовитого океана и формирование глубинных вод Северной Атлантики (Мохов и др., 2003; Ме-лешко и др., 2004а).

Прогноз изменений основных параметров криолитозоны, таких как глубина сезонного протаивания и влагосодержание деятельного слоя почвы, в связи с возможными естественными и антропогенными изменениями является одним из актуальных направлений в исследованиях климата. Адекватные оценки современных и будущих изменений характеристик мно-голетнемерзлых грунтов могут быть получены с использованием глобальных климатических моделей, включающих детальные теплофизические и гидрологические численные схемы процессов на подстилающей поверхности и в деятельном слое почвы (Niu et al., 2007; Nicolsky et al., 2007).

Цель и задачи исследования.

Целью данной работы является исследование влияния естественной и антропогенной составляющих изменения климата на процессы тепло- и влагообмена с учетом фазовых переходов влаги в деятельном слое почвы и на подстилающей поверхности в регионах распространения приповерхностных многолетнемерзлых грунтов и их возможной деградации.

Основные задачи исследования:

• разработка физико-математической модели, описывающей процессы тепло- и влагопереноса в почве и на подстилающей поверхности с учетом фазовых переходов "вода-лед", позволяющей диагностировать образование и деградацию многолетнемерзлых грунтов;

• верификация модели - анализ основных характеристик термического и гидрологического режимов почвы в регионах распространения вечной мерзлоты для второй половины XX в. по данным реанализа;

• исследование возможных механических изменений грунта, вызванных деградацией приповерхностной мерзлоты;

• оценки изменения основных характеристик криолитозоны при заданном сценарии изменения климата для XXI в. в неинтерактивных численных экспериментах;

Научная новизна

Основу проведенных исследований составляют результаты численных экспериментов с разработанной схемой параметризации процессов тепло- и влагопереноса в почве и на подстилающей поверхности, позволяющей по заданным параметрам внешнего атмосферного воздействия рассчитывать характеристики термического и гидрологического режимов почвы в неинтерактивном режиме и в качестве составного блока климатической модели с учетом обратных связей.

Выполнена валидация разработанной схемы и проведено сравнение результатов численного моделирования глубин сезонного протаивания для суши Северного полушария и среднегодового стока крупнейших рек Сибири при заданном по реанализу внешнем атмосферном воздействии с данными наблюдений для второй половины XX века.

Для областей с многолетнемерзлыми грунтами увеличение температуры в холодные и теплые периоды приведет к увеличению глубины сезонного протаивания и деградации приповерхностной мерзлоты, когда над верхней границей многолетнемерзлых пород образуется талый слой. Такие процессы наиболее характерны вблизи южной границы вечной мерзлоты, однако могут происходить в областях прерывистого и сплошного распространения мерзлых пород (Анисимов и Белолуцкая, 2004). Это является одной из актуальных проблем, связанных с инфраструктурой, транспортными магистралями, трубопроводами и линиями передач в северных регионах. В настоящей работе проводятся оценки возможных ландшафтных изменений, вызванных деградацией приповерхностных многолетнемерзлых грунтов.

Проведены расчеты возможного изменения пространственного распределения приповерхностных многолетнемерзлых грунтов, получены оценки изменения глубин сезонного протаивания в XXI веке. Оценена переходная область, в которой на протяжении XXI века может произойти смена режима сезонного промерзания сезонным протаиванием.

Получены оценки потенциальных осадок поверхности грунта при про-таивании многолетнемерзлых пород для области смены режима сезонного промерзания / протаивания.

Научная и практическая значимость.

Структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из четырех глав, введения и заключения, содержит 24 рисунка и 4 таблицы, список цитируемой литературы состоит из 157 наименований.

В первой главе проводится обзор существующих методов диагностики состояния приповерхностных многолетнемерзлых грунтов. Рассматриваются основные подходы при прогнозировании изменений характеристик криолитозоны в зависимости от изменений климата - палеокли-матические рекострукции, мерзлотно-климатические индексы и физико-математические модели процессов в почве. На основе сравнения моделей различных классов показана необходимость создания схемы, позволяющей проводить численные эксперименты продолжительностью порядка тысяч лет и в то же время характеризующейся детальностью описания физических процессов.

Вторая глава диссертации содержит описание разработанной модели тепло- и влагопереноса в грунте при наличии границ фазовых переходов, а также описание и результаты численных экспериментов по верификации модели.

В разделе 2.1 формулируется математическая постановка рассматриваемой задачи, приводятся схемы расчета теплофизических характеристик грунта в зависимости от влагосодержания, схемы параметризации процессов снегонакопления, испарения и стока.

В разделе 2.2 проводится верификация теплового блока модели. Для четырех геокриологических стационаров (Якутск, Воркута, Тикси, Марре-Сале) моделируемые значения глубины сезонного протаивания сравниваются с данными наблюдений. Также проводится расчет глубин протаивания для суши Северного полушария с использованием данных реанализа для конца XX века. Показано, что модель адекватно воспроизводит глубины сезонного протаивания и пространственное распределение приповерхностных многолетнемерзлых пород.

В разделе 2.3 описывается верификация гидрологического блока модели. Анализируются результаты моделирования среднегодового стока водосборных бассейнов рек в регионах распространения вечной мерзлоты. Сравнение с данными наблюдений за стоком крупнейших сибирских рек Оби, Енисея и Лены показало, что модель в целом хорошо воспроизводит гидрологический режим многолетнемерзлых грунтов.

В третьей главе анализируется влияние изменений климата на пространственные распределения основных характеристик многолетнемерзлых грунтов.

В разделе 3.1 приводятся результаты моделирования динамики глубин сезонного протаивания для Северного полушария при заданных условиях атмосферного климата. Анализируется пространственное распределение приповерхностной мерзлоты, проводится сравнение модельных оценок площади суши, где происходит сезонное протаивание в конце XX века.

В разделе 3.2 описываются результаты моделирования деградации приповерхностной мерзлоты в XXI веке. Показана динамика увеличения глубины сезонного протаивания приводящая к смене режима сезонного протаивания сезонным промерзанием.

В разделе 3.3 проводится расчет потенциальных просадок оттаивания многолетнемерзлых пород. Предложена схема определения величины просадки в зависимости от глубины талика и глубины слоя сезонного промерзания. Для областей, в которых в XXI веке может произойти смена режима протаивания/ промерзания получены оценки величин просадок.

Четвертая глава посвящена анализу результатов интерактивных численных эспериментов с климатической моделью ИФА РАН по расчету характеристик термического и гидрологического режимов грунта при различных сценариях атмосферного воздействия.

В разделе 4.1 приводится описание численных экспериментов с совместной моделью при различных значениях концентрации углекислого газа в атмосфере, а также описание основных изменений в схеме модели почвы по сравнению с базовой версией, при включении ее в КМ ИФА РАН.

В разделе 4.2 обсуждаются результаты расчета температуры поверхности почвы и глубины сезонного протаивания. Сравнение полученных оценок температуры поверхности почвы с данными реанализа показывает, что модель в целом хорошо воспроизводит характеристики термического режима почвы. Также проводится сравнение модельных оценок площади, занимаемой приповерхностными многолетнемерзлыми породами, с данными наблюдений и результатами аналогичных расчетов.

В разделе 4.3 анализируются результаты численных экспериментов с предписанным в модели пространственным распределением типов почв. Показано, что при неучете пространственной неоднородности почв ухудшается согласие с наблюдениями характеристик сезонного промерзания /протаивания.

В разделе 4.4 приводятся результаты моделирования среднегодовых значений стока крупнейших мировых рек. Также проведено сравнение характеристик теплового и водного баланса с данными наблюдений на водосборах.

На защиту выносятся следующие теоретические положения.

• Физико-математическая модель процессов тепло- и влагопереноса в деятельном слое почвы и на подстилающей поверхности с учетом фазовых переходов "вода-лед", настроенная на расчет продвижения границ мерзлый грунт-талый грунт при наличии нескольких границ с возможностью образования таликов;

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Аржанов, Максим Михайлович

Заключение

В работе рассмотрена задача параметризации процессов тепло- и влагопереноса в почве и на подстилающей поверхности с учетом фазовых переходов. Получены следующие основные результаты:

• климатическая модель ИФА РАН дополнена интерактивной схемой параметризации процессов тепло- и влагопереноса в почве, позволяющей рассчитывать основные характеристики геокриолитозоны: глубину сезонного промерзания/протаивания, распределение температуры почвы по губине, водно-эквивалентную толщину снежного покрова, характеристики гидрологического режима (поверхностный и подповерхностный сток, эвапотранспирацию, распределение влажности почвы), а также диагностировать образование/деградацию приповерхностной мерзлоты;

• проведена верификация модели процессов в почве с заданием атмосферного воздействия по данным реанализа ERA-40 для второй половины XX века для Северного полушария. Первый этап верификации, проведенный путем сравнения рассчитанной глубины сезонного протаивания на геокриологических стационарах показал, что модель хорошо воспроизводит данные по изменению этого слоя за время наблюдений.

• на втором этапе проведено сравнение результатов численного моделирования, данные наблюдений за стоком с водосборов крупенйших сибирских рек, включающих регионы приповерхностной многолетней мерзлоты и расчетом стока по имеющимся данным осадков и испарения для этих водосборов. Показано, что детальный учет процессов тепло- и влагопереноса в мерзлых грунтах существенно приближает результаты расчетов к данным наблюдений. для заданного сценария изменения климата в неинтерактивных численных, экспериментах получены оценки переходной зоны, в которой на протяжении XXI века режим сезонного оттаивания может смениться режимом сезонного промерзания, а также определено соот-ветсвующее смещение южной границы криолитозоны для Евразии и Северной Америки. разработана методика расчета осадки оттаивания грунта при деградации приповерхностных многолетнемерзлых пород. Максимальное значение величины осадки за счет уменьшения объема оттаивания в верхнем слое без учета вытеснения влаги для зоны смены режима протаивания/промерзания составляет порядка 10% от глубины протаивания. Максимальная величина осадки в конце XXI века может составлять до 1,2 м.; показано, что в интерактивных равновесных численных экспериментах КМ ИФА РАН, дополненная разработанной схемой параметризации процессов тепло- и влагопереноса в почве, при задании доинду-стриального и современного значения концентрации углекислого газа в атмосфере хорошо воспроизводит характеристики термического и гидрологического режимов почвы, включая температуру ее поверхности, характеристики сезонного протаивания/промерзания грунта и речной сток с крупнейших водосборов;

В заключение считаю необходимым поблагодарить Павла Феликсовича Демченко и Игоря Ивановича Мохова за постоянное внимание к работе и ценные рекомендации в ходе ее выполнения, сотрудников Лаборатории теории климата: А.В Елисеева, Б.Ч. Хона, В.А. Семенова за помощь в организации численных экспериментов, переданные знания и опыт, а также Н.Н. Завалишина и Л.Л. Голубятникова за ценные замечания.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Аржанов, Максим Михайлович, Москва

1. Анисимов О.А., Белолуцкая М.А. Моделирование воздействия антропогенного потепления на вечную мерзлоту: учет влияния растительности. // Метеорология и гидрология. 2004. № 11. С. 73-82.

2. Анисимов О.А., Нельсон Ф.Э. О применении математических моделей для исследования взаимосвязи климат-вечная мерзлота. // Метеорология и гидрология. 1990. № 10. С. 13-19.

3. Анисимов О.А., Нельсон Ф.Э. Влияние изменения климата на вечную мерзлоту в Северном полушарии. // Метеорология и гидрология. 1997. № 5. С. 71-80.

4. Анисимов О.А. Об оценке чувствительности вечной мерзлоты к изменению глобального термического режима земной поверхности. // Метеорология и гидрология. 1989. Т. 5. № 1. С. 79-84.

5. Аржанов М.М., Елисеев А.В., Демченко П.Ф., Мохов И.И. Моделирование изменений температурного и гидрологического режимов приповерхностной мерзлоты с использованием климатических данных (реанализа). // Криосфера Земли. 2007. Т. XI. № 4. С. 65-69.

6. Аржанов М.М. Моделирование температурного и гидрологического режимов многолетнемерзлых грунтов. //X Всероссийская конференция молодых ученых: Состав атмосферы. Климатические эффекты. Атмосферное электричество. М.: МАКС Пресс. 2006. С. 12.

7. Балобаев В.Т., Дучков А.Д. Прогноз изменения теплового и фазового состояния криолитозоны Западной Сибири. // Глобальные изменения природной среды. / Ред. Добрецов H.JL, Коваленко В.И. Новосибирск: Изд-во СО РАН НИЦ ОИГГМ. 1998. С. 19-29.

8. Белолуцкая М.А. Влияние изменения климата на вечную мерзлоту и инженерную инфраструктуру Крайнего Севера. Автореферат дисс. . канд. физ.-мат. наук. СПб., 2004. 24 с.

9. Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности. JL: Гидрометеоиз-дат, 1956. 255 с.

10. Будыко М.И. Изменения климата. JL: Гидрометеоиздат, 1974.

11. Величко А.А., Нечаев В.П. К оценке динамики вечной мерзлоты северной Евразии в условиях глобального изменения климата. // Доклады РАН. 1992. Т. 324. № 3. С. 667-671.

12. Володина Е.Е. Численное исследование чувствительности гидрологических характеристик суши к вариации физических параметров системы "почва-растительность-снег". // Известия АН. Физика атмосферы и океана. 2001. Т. 37. № 5. С. 700-711.

13. Воронов А.Г., Дроздов Н.Н., Криволуцкий Д.А., Мяло Е.Г. Биогеография с основами экологии. М.: ИКЦ Академкнига, 2003. 408 с.

14. Гаврилова М.К. Современный климат и вечная мерзлота па континентах. Новосибирск: Наука, 1981. 112 с.

15. Глобус A.M. Физика неизотермического внутрипочвенного влагообмена. Д.: Гидрометеоиздат, 1983. 279 с.

16. Голицын Г.С. К теории конвекции верхней мантии. // Доклады АН СССР. 1977. Т. 234. № 3. С. 552-555.

17. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Параметризация тепло- и влагообмена на поверхности суши при сопряжениигидрологических и климатических моделей. // Водные ресурсы. 1998. Т. 25. № 4. С. 421-431.

18. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Параметризация процессов тепловлаго-обмена в бореальных лесных экосистемах. // Известия РАН, Физика атмосферы и океана. 2001. Т. 37. № 2. С. 182-200.

19. Девяткин В.Н. Тепловой поток криолитозоны Сибири. Новосибирск: Наука, 1993. 165 с.

20. Демченко П.Ф., Елисеев А.В., Аржанов М.М., Мохов И.И. Влияние скорости глобального потепления на таяние вечной мерзлоты. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2006. Т. 42. № 1. С. 35-43.

21. Дучков А.Д., Соколова JI.C., Балобаев В.Т. Тепловой поток и геотемпературное поле Сибири. // Геол. и геоф. 1997. Т. 38. № 11. С. 1716-1729.

22. 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. № 1. С. 3-17.

23. Елисеев А.В., Мохов И.И., Аржанов М.М., и др. Учет взаимодействия метанового цикла и процессов в болотных экосистемах в климатической модели промежуточной сложности. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т. 44. № 2. С. 147-162.

24. Израэль Ю.А., Павлов А.В., Ю.А.Анохин . Анализ современных и ожидаемых в будущем изменений климата и криолитозоны в холодных регионах России. // Метеорология и гидрология. 1999. № 3. С. 18-27.

25. Израэль Ю.А., Павлов А.В., Ю.А.Анохин . Эволюция криолитозоныпри современных изменениях глобального климата. // Метеорология и гидрология. 2002. № 1. С. 22-34.

26. Каган Б.А., Рябченко В.А., Сафрай А.С. Реакция системы океан-атмосфера на внешние воздействия. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1990. 304 с.

27. Константинов П.Я., Аргунов Р.Н., Герасимов Е.Ю., Угаров И.С. О связи глубины сезонного протаивания с межгодовой изменчивостью средней годовой температуры грунтов. // Криосфера Земли. 2006. Т. X. № 3. С. 15-22.

28. Кудрявцев В.А., Гарагуля Л.С., Кондратьева К.А., Меламед В.Г. Основы мерзлотного прогноза при инженерно-геологических исследованиях. М.: Изд-во МГУ, 1974. 431 с.

29. Мажитова Г.Г., Каверин Д.А. Динамика глубины сезонного протаивания и осадки поверхности почвы на площадке циркумполярного мониторинга деятельного слоя (CALM) в Европейской части России. // Криосфера Земли. 2007. № 4. С. 20-30.

30. Малевский-Малевич С.П., Molkentin Е.К., Nadyozhina E.D., Павлова Т.В., Shklyarevich О.В. Оценки возможных изменений глубин протаивания многолетнемерзлых грунтов на территории России в XXI веке. // Метеорология и гидрология. 2003. № 12. С. 80-88.

31. Малевский-Малевич С.П., Molkentin Е.К., Nadyozhina E.D., Павлова Т.В. Модельные оценки изменений температуры воздуха и эволюциятеплового состояния многолетнемерзлых пород. // Криосфера Земли. 2005. Т. IX. № 3. С. 36-44.

32. Малкова Г.В. Воздействие климатических изменений на сезонное про-таивание (по результатам мониторинга на площадке CALM кБолван-скийгь). // Приоритеные направления в изучении криосферы Земли: Тез. Междунар. конф. Пущипо: 2005. С. 122-123.

33. Мачульская Е.Е., Лыкосов В.Н. Моделирование термодинамической реакции вечной мерзлоты на сезонные и межгодовые вариации атмосферных параметров. // Известия АН. Физика атмосферы и океана. 2002. Т. 38. № 1. С. 20-33.

34. Мелешко В.П., Голицын Г.С., Говоркова В.А., и др. Возможные антропогенные изменения климата России в 21-м веке: оценки по ансамблю климатических моделей. // Метеорология и гидрология. 2004. N2 4. С. 38-49.

35. Мелешко В.П., Катцов В.М., Говоркова В.А., и др. Антропогенные изменения климата в XXI веке в Северной Евразии. // Метеорология и гидрология. 2004. № 7. С. 5-26.

36. Мельников В.П., Павлов А.В. Современные изменения климата на севере и геокриологические последствия. // Материалы междунар. конф.: Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений. Тюмень: ТюмГНГУ. 2006. С. 37-41.

37. Мельников П.И., Толстихин Н.И. Общее мерзлотоведение. Новосибирск: Наука, 1974.

38. Мерекалова А.А., Федоров-Давыдов Д.Г., Давыдов С.П., Остроумов В.Е. Феномен роста мощности деятельного слоя в ландшафтах СевероВосточной Якутии. Тюмень: ТюмГНГУ. 2006. С. 86-89.

39. Молькентин Е.К., Надежина Е.Д., Шкляревич О.Б. Пространственная изменчивость модельных характеристик многолетнемерзлых грунтов. // Метеорология и гидрология. 2001. № 8. С. 89-97.

40. Монин А.С. Введение в теорию климата. JL: Гидрометеоиздат, 1982. 247 с.

41. Мохов И.И., Хон В.Ч. Модельные сценарии изменений стока сибирских рек. // Доклады АН. 2002. Т. 383. № 5. С. 684-687.

42. Мохов И.И., Хон В.Ч. Гидрологический режим в бассейнах сибирских рек: модельные сценарии изменений в XXI веке. // Метеорология и гидрология. 2002. № 8. С. 77-93.

43. Мохов И.И., Демченко П.Ф., Елисеев А.В., и др. Оценки глобальных и региональных изменений климата в XIX-XXI веках на основе модели ИФА РАН с учетом антропогенных воздействий. // Известия РАН, Физика атмосферы и океана. 2002. Т. 38. № 5. С. 629-642.

44. Мохов И.И., Семенов В.А., Хон В.Ч. Оценки возможных региональных изменений гидрологического режима в XXI веке на основе глобальных климатических моделей. // Известия РАН, Физика атмосферы и океана. 2003. Т. 39. № 2. С. 150-165.

45. Мохов И.И., Елисеев А.В., Демченко П.Ф., и др. Климатические изменения и их оценки с использованием глобальной модели ИФА РАН. // Доклады РАН. 2005. Т. 402. № 2. С. 243-247.

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

47. Мохов И.И. Диагностика структуры климатической системы. СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. 271 с.

48. Павлов А.В. Теплофизика ландшафтов. Новосибирск: Наука, 1979. 282 с.

49. Павлов А.В. Мерзлотно-климатические изменения на севере России: наблюдения, прогноз. // Изв. РАН. Сер. геогр. 2003. № 6. С. 39-50.

50. Павлова Т.В., Катцов В.М., Надежина Е.Д., и др. Расчет эволюции криосферы в 20-м и 21-м веках с использованием глобальных климатических моделей нового поколения. // Криосфера Земли. 2007. Т. XI. № 2. С. 3-13.

51. Павлова Т.В. Исследование процессов тепло- и влагообмена на подстилающей поверхности и в деятельном слое с помощью глобальных климатических моделей. Автореферат дисс. . канд. физ.-мат. наук. СПб., 2007. 21 с.

52. Пачепский А.Я., Пачепская Л.Б., Мироненко Е.В., Комаров А.С. Моделирование водно-солевого режима почво-грунтов с использованием ЭВМ. М.: Наука, 1976.

53. Петухов В.К. Зональная климатическая модель тепло- и влагообмена в атмосфере над океаном. // Физика атмосферы и проблема климата. / Ред. Голицын Г.С., Яглом A.M. М.: Наука. 1980. С. 8-41.

54. Ривкина Е.М., Самаркин В.А., Гиличинский Д.А. Метан в многолетнемерзлых отложениях Колымо-Индигирской низменности. // Доклады РАН. 1992. Т. 323. № 3. С. 559-563.

55. Ривкина Е.М., Краев Г.Н., Кривушин К.В., и др. Метан в вечномерз-лых отложениях северо-восточного сектора Арктики. // Криосфера Земли. 2006. Т. X. № 3. С. 23-41.

56. Романовский Н.Н. Основы криогенеза литосферы. М.: Изд-во МГУ, 1993. 336 с.

57. Романовский В.Е. Температурный режим вечной мерзлоты Аляски последних 20 лет. // Материалы междунар. конф.: Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений. Тюмень: ТюмГНГУ. 2006. С. 96-101.

58. Симонов В.В. О влиянии внутригодовых межсезонных связей на терми-ку грунтов в районах вечной мерзлоты. // Метеорология и гидрология. 2000. № 5. С. 15-22.

59. Сосновский А.В. Математическое моделирование влияния толщины снежного покрова на деградацию мерзлоты при потеплении климата. // Криосфера Земли. 2006. Т. X. № 3. С. 83-88.

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

61. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1977. 735 с.

62. Трофимов В.Т., Баду Ю.Б., Дубиков Г.И. Криогенное строение и льдистость многолетномерзлых пород Западно-Сибирской плиты. М.: Изд-во МГУ, 1980. 246 с.

63. Хабибуллин И.Л., Хусаинова З.Р. Математическое моделирование процесса термоэрозии грунтов. // Обозрение прикл. и промышл. матем. 2003. Т. 10. № 2. С. 519-520.

64. Хабибуллин И.Л., Хусаинова З.Р., Лобастова С.А. Термогидродинамическое моделирование процесса термоэрозии грунтов криолитозоны. // Обозрение прикл. и промышл. матем. 2005. Т. 12. № 4. С. 1118.

65. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. М.: Высшая школа, 1973. 447 с.

66. Alexeev V.A., Nicolsky D.J., Romanovsky V.E., Lawrence D.M. An evaluation of deep soil configurations in the CLM3 for improved representation of permafrost. // Geophys. Res. Lett. 2007. Vol. 34. N. 9. P. L09502.

67. Anisimov O.A., Nelson F.E. Permafrost distribution in the Northern Hemisphere under scenarios of climatic change. // Glob. Planet. Change. 1996. Vol. 14. P. 59-72.

68. Anisimov O.A., Shiklomanov N.I., Nelson F.E. Global warming and active-layer thickness: results from transient general circulation models. // Glob. Planet. Change. 1997. Vol. 15. P. 61-77.

69. Anisimov O.A., Lobanov V.A, Reneva S.A., et al. Uncertainties in gridded air temperature fields and effects on predictive active layer modeling. // J. Geophys. Res. 2007. Vol. 112. N. F2. P. F02S14.

70. Archer D. Methane hydrate stability and anthropogenic climate change. // Biogeosciences. 2007. Vol. 4. N. 4. P. 521-544.

71. Arzhanov M.M., Anisimov O.A., Demchenko P.F., Eliseev A.V., Mokhov I.I. Permafrost models intercomparison. // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. 2004. N. 1220. P. 04.01-04.02.

72. Arzhanov M.M., Demchenko P.F., Eliseev A.V., Mokhov I.I. Modelling thermal and hydrologic regime of the permafrost. // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. 2006. N. 1347. P. 07.03-07.04.

73. Brown J., Ferrians O.J.J., Heginbottom J.A., Melnikov E.S. International Permafrost Association Circum-Arctic Map of Permafrost and Ground Ice Conditions, scale 1:10,000,000. Circum-Pacific Map Series, no. Map CP-45, 1997.

74. Buffett B.A. Clathrate hydrates. // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2000. Vol. 28. P. 477-507.

75. Burn C.R., Nelson F.E. Comment on 'A projection of severe near-surface permafrost degradation during the 21st century' by David M. Lawrence and Andrew G. Slater. // Geophys. Res. Lett. 2006. Vol. 33. N. 21. P. L21503.

76. Chahine M.T. The hydrological cycle and its influence on climate. // Nature. 1992. Vol. 359. N. 6394. P. 373-380.

77. Christensen T.R., Cox P. Response of methane emission from arctic tundra to climatic change: results from a model simulation. // Tellus. 1995. Vol. 47B. N. 3. P. 301-309.

78. Christensen T.R., Prentice I.С., Kaplan J., HaxeltineA., Sitch S. Methane flux from northern wetlands and tundra. // Tellus. 1996. Vol. 48B. N. 5. P. 409-416.

79. Claussen M., Mysak L., Weaver A., et al. Earth system models of intermediate complexity: closing the gap in the spectrum of climate system models. // Clim. Dyn. 2002. Vol. 18. N. 7. P. 579-586.

80. Covey C., Achutarao K.M., Cubash U., Et al. An overview of results from the coupled model intercomparison project. // Glob. Planet. Change. 2003. Vol. 37. P. 103-133.

81. Cox P.M., Betts R.A., Jones C.D., et al. Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model. // Nature. 2000. Vol. 408. P. 184-187.

82. Dickinson R.E., Henderson-Sellers A., Kennedy P.J., Wilson M.F. Biosphere-atmosphere transfer scheme (BATS). NCAR TN-275-STR. Boulder, Colo: Naval Weather Service, 1986. 69 p.

83. 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. Vol. 89. N. 1-2. P. 9-24.

84. Gaillardet J., Dupre В., Louvat P., Allegre C.J. Global silicate weathering and CO2 consumption rates deduced from chemistry of large rivers. // Chem. Geol. 1999. Vol. 159. P. 3-30.

85. Global Runoff Data Centre. Second Interim report on the Arctic river database for Arctic Climate System study (ACSYS). Tech. Rep. 12. FIH. Koblenz. 1996. 48 p.

86. Goodrich L.E. Efficient numerical technique for one-dimensional thermal problems with phase change. // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1978. N. 5. P. 160-163.

87. Gorham E. Northern peatlands: role in the carbon cycle and probable responses to climatic warming. // Ecol. Appl. 1991. Vol. 1. P. 182-195.

88. Graham S.T., Famiglietti J.S., Maidment D.R. Five-minute, 1/2°, and 1° data sets of continental watersheds and river networks for use in regional and global hydrologic and climate system modeling studies. // Water Resour. Res. 1999. N. 2. P. 583-587.

89. Harvey L.D.D., Huang Z. Evaluation of the potential impact of methane clathrate destabilization on future global warming. //J. Geophys. Res. 1995. Vol. 100. N. D2. P. 2905-2926.

90. Hirabayashi Y., Kanae S., Struthers I., Oki T. A 100-year (1901-2000) global retrospective estimation of the terrestrial water cycle. //J- Geophys. Res. 2005. Vol. 110. N. D19. P. D19101.

91. Jones P.D., New M., Parker D.E., Martin S., Rigor I.G. Surface air temperature and its changes over the past 150 years. // Rev. Geophys. 1999. Vol. 37. N. 2. P. 173-199.

92. Jones C.D., Cox P.M., Essery R.L.H., Roberts D.L., Woodage M.J. Strong carbon cycle feedbacks in a climate model with interactive CO2 and sulphate aerosols. // GRL. 2003. Vol. 30. N. 9. P. 1479.

93. Jorgenson M.T., Racine C.H., Walters J.C., Osterkamp Т.Е. Permafrost degradation and ecological changes associated with a warming climate in central alaska. // Climatic Change. 2001. Vol. 48. N. 4. P. 551-571.

94. Khvorostyanov D.V., Ciais P., Krinner G., Zimov S.A., Corradi Ch., Guggenberger G. Vulnerability of permafrost carbon to global warming. Part I: sensitivity of permafrost carbon stock to global warming. // Tellus. 2008. Vol. 60B. N. 2. P. 265-275.

95. Koster R.D. The offline validation of land surface models: assessing success at the annual timescale. // Journal of the Meteorological society of Japan. 1999. Vol. 77. N. IB. P. 257-263.

96. Lawrence D.M., Slater A.G. A projection of severe near-surface permafrost degradation during the 21st century. // Geophys. Res. Lett. 2005. Vol. 32. N. 24. R L24401.

97. Leemans R. Global data sets collected and compiled by the Biosphere Project. Laxenburg: International Institute for Applied System Analysis, 1990.

98. Lloyd J., Taylor J.A. On the temperature dependence of soil respiration. // Functional Ecology. 1994. Vol. 8. N. 3. P. 315-323.

99. Los S.O., Collatz G.J., Sellers , et al. A global 9-year biophysical land-surface data set from NOAA AVHRR data. //J. Hydrometeorol. 2000. Vol. 1. N. 2. P. 183-199.

100. Malevsky-Malevich S.P., Molkentin E.K., Nadyozhina E.D., Shklyarevich O.B. Numerical simulation of permafrost parameters distribution in Russia. // Cold Reg. Sci. Tech. 2001. Vol. 32. N. 1. P. 1-11.

101. Manabe S., Spelman M.J., Stouffer R.J. Transient responces of a coupled ocean-atmosphere model to gradual changes of atmospheric CO2. // J. Climate. 1992. Vol. 5. N. 2. P. 105-126.

102. Melnikov E.S., Leibman M.O., Moskalenko N.G., Vasiliev A.A. Active-layer monitoring in the cryolithozone of west Siberia. // Polar Geography. 2004. Vol. 5. N. 4. P. 267-285.

103. Monserud R.A., Leemans R. Comparing global vegetation maps with the Kappa statistic. // Ecol. Mod. 1992. Vol. 62. N. 4. P. 275-293.

104. Mosally F., Wood A.S., Al-Fhaid A. An exponential heat balance integral method. // Appl. Math. Comput. 2002. Vol. 130. P. 87-100.

105. Nelson F.E., Outcalt S.I. A computational method for prediction and regionalization of permafrost. // Arctic. Alp. Res. 1987. Vol. 19. N. 3. P. 279-288.

106. Nelson F.E., Anisimov O.A., Shiklomanov N.I. Subsidence risk from thawing permafrost. // Nature. 2001. Vol. 410. P. 889-890.

107. Nelson F.E., Anisimov O.A., Shiklomanov N.I. Climate change and hazard zonation in the circum-arctic permafrost regions. // Natural Hazards. 2002. N. 3. P. 203-225.

108. Nelson F.E. (Un)frozen in time. // Science. 2003. Vol. 299. P. 1673-1675.

109. New M., Hulme M., Jones P. Representing twentieth-century spaceljtime climate variability, part I: Development of 1901-96 monthly grids of terrestrial surface climate. // J. Climate. 1999. Vol. 12. P. 829-856.

110. New M., Hulme M., Jones P. Representing twentieth-century spaceljtime climate variability, part II: Development of 1901-96 monthly grids of terrestrial surface climate. // J. Climate. 2000. Vol. 13. P. 2217-2238.

111. Nicolsky D.J., Romanovsky V.E., Alexeev V.A., Lawrence D.M. Improved modeling of permafrost dynamics in a GSM land-surface scheme. // Geophys. Res. Lett. 2007. Vol. 34. R L08501.

112. Niu G.-Y., Yang Z.-L., Dickinson R.E., Gulden L.E., Hua Su. Development of a simple groundwater model for use in climate models and evaluation with gravity recovery and climate experiment data. //J-Geophys. Res. 2007. Vol. 112. R D07103.

113. Oki Т., Kanae S. Global hydrological cycles and world water resources. // Science. Vol. 313. N. 5790. R 1068-1072.

114. Osterkamp Т.Е., Romanovsky V.E. Evidence for warming and thawing of discontinuous permafrost in alaska. // Permafrost and Pereglacial Processes. 1999. Vol. 10. P. 17-37.

115. Price P.B., Sowers T. Temperature dependence of metabolic rates for microbial growth, maintenance, and survival. // Proceedings of the National Academy of Science. 2004. Vol. 101. N. 13. P. 4631-4636.

116. Robinson D.A., Dewey K.F., Heim R.R. Global snow cover monitoring: An update. // Bull. Amer. Met. Soc. 1993. Vol. 74. N. 9. P. 1689-1696.

117. Rossow W.B., Schiffer R.A. Isccp cloud data products. // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1991. Vol. 72. P. 2-20.

118. Saito К., Kimoto M., Zhang Т., et al. Evaluating a high-resolution climate model: Simulated hydrothermal regimes in frozen ground regions and their change under the global warming scenario. //J. Geophys. Res. 2007. Vol. 112. N. F2. P. F02S11.

119. Sazonova T.S., Romanovsky V.E. A model for regional-scale estimation of temporal and spatial variability of active layer thickness and mean annual ground temperatures. // Permafrost Periglac. Process. 2003. N. 14. P. 449463.

120. Schlosser C.A., Slater A.G., Robock A., et al. Simulations of a boreal grassland hydrology at Valdai, Russia: PILPS phase 2(d). // Mon. Wea. Rev. 2000. Vol. 128. N. 2. P. 301-321.

121. Schuur E.A.G., Bockheim J., Canadell J.G., et al. Vulnerability of Permafrost Carbon to Climate Change: Implications for the Global Carbon Cycle. // Bioscience. 2008. Vol. 58. N. 8. P. 701-714.

122. Serreze M.C., Walsh J.E., Chapin F.S., et al. Observational evidence of recent change in the northern high-latitude environment. // Clim. Change. 2000. Vol. 46. P. 159-207.

123. Serreze M.C., Bromwich D.H., Clark M.P., et al. Large-scale hydro-climatology of the terrestrial Arctic drainage system. //J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108. N. D2. P. 8160.

124. Shibchurn A., Van Geel P.J., Kennedy P.L. Impact of density on hydraulic properties of peat and the time domain reflectometry (TDR)moisture calibration curve. // Can. Geotech. J. 2005. Vol. 42. P. 279286.

125. Smith S.L., Burgess M.M, Riseborough D., Nixon F.M. Recent trends from Canadian permafrost thermal monitoring networks sites. // Permafrost and Pereglacial Processes. 2005. Vol. 16. P. 19-30.

126. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Eds: Solomon S., Qin D., Manning M. et al. Cambridge/New York: Cambridge University Press, 2007. 996 p.

127. Stendel M., Christensen J.H. Impact of global warming on permafrost condition in a coupled GCM. // Geophys. Res. Lett. 2002. Vol. 29. N. 13. P. 10-1-10-4.

128. Stillwell-Soller L.M., Klinger L.F., Pollard D., Thompson S.L. The global distribution of freshwater wetlands. NCAR TN-416+STR. Boulder, Colo: National Center for Atmospheric Research, 1995.

129. Thie J. Distribution and thawing of permafrost in the southern part of the discontinuous permafrost zone in Manitoba. // Arctic. 1974. Vol. 27. P. 189-200.

130. Uppala S.M., Kellberg P.W., Simmons A.J., et. al. The ERA-40 re-analysis. // Quart. J. R. Meteorol. Soc. 2005. Vol. 131. P. 2961-3012.

131. Valdes P. Paleoclimate modeling. // Numerical modeling of the global atmosphere in the climate system. Eds: P. Mote and A. O'Neill. Dordrecht/Boston/London: Kluwer Acad. Publ. 2000. P. 465-488.

132. Van Genuchten M.Th., Nielsen D.R. On describing and predicting the hydraulic properties of unsaturated soils. // Annales Geophys. 1985. Vol. 3. R 615-628.

133. Waelbroeck C. Climate-soil processes in the presence of permafrost: a systems modelling approach. // Ecological Modelling. 1993. Vol. 69. P. 185— 225.

134. Walter K.M., Zimov S.A., Chanton J.P., et al. Methane bubbling from Siberian thaw lakes as a positive feedback to climate warming. // Nature. 2006. Vol. 443. N. 7107. P. 71-75.

135. Whiting G.J., Chanton J.P. Primary production control of methane emission from wetlands. // Nature. 1993. Vol. 364. P. 794-795.

136. Yeh P.J-F., Eltahir E.A.B. Representation of water table dynamics in a land surface scheme. Part I: Model development. //J- Climate. 2005. Vol. 18. N. 12. P. 1861-1880.

137. Yi S., Ming-ko Woo, Arain M.A. Impacts of peat and vegetation on permafrost degradation under climate warming. // Geophys. Res. Lett. 2002. Vol. 34. P. L16504.

138. Zhang Т., Barry R.G., Knowles K., Heginbottom J.A., Brown J. Statistics and characteristics of permafrost and ground-ice distribution in the northern hemisphere. // Polar. Geogr. 1999. Vol. 23. N. 2. P. 132-154.

139. Zhang Т., O.W.Frauenfeld , Serreze M.C., et al. Spatial and temporal variability in active layer thickness over the russian arctic drainage basin. // J. Geophys. Res. 2005. Vol. 110. P. D16101.

Информация о работе

Аржанов, Максим Михайлович
кандидата физико-математических наук
Москва, 2009
ВАК 25.00.29

Диссертация

Моделирование влияния климатических изменений на фазовое состояние воды в грунте - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы