Моделирование: Компьютерное моделирование глобального потепления климата

Цель моделирования: прогнозировать последствия возможного глобального потепления климата.

  Глобальные климатические изменения очень сложны, поэтому современная наука не может дать однозначного ответа, какие преобразования климата можно действительно ожидать в ближайшем будущем. Существует множество сценариев развития ситуации. Предлагаем ознакомиться с некоторыми из них.
  Первый сценарий – глобальное потепление будет происходить по­ степенно. Земля – очень большая и сложная экосистема, состоящая из большого количества связанных между собой структурных компонентов. На планете есть подвижная атмосфера, движение воздушных масс которой распределяет тепловую энергию по широтам планеты. На Земле есть огромный аккумулятор тепла и газов – Мировой океан (океан накапливает в 1000 раз больше тепла, чем атмосфера). Изменения в такой сложной системе не могут происходить быстро. Пройдут столетия и тысячелетия, прежде чем можно будет судить о сколько-нибудь ощутимом изменении климата.
  Второй сценарий – глобальное потепление будет происходить относительно быстро. Это самый «популярный» в настоящее время сценарий. По различным оценкам за последние сто лет средняя температура на нашей планете увеличилась на 0,5–1°С, концентрация – СО2 возросла на 20–24%, а метана – на 100%. В будущем эти процессы получат дальнейшее продолжение и к концу XXI в. средняя температура поверхности Земли может увеличиться от 1,1 до 6,4°С по сравнению с 1990 г. (по прогнозам IPCC от 1,4 до 5,8°С). Дальнейшее таяние арктических и антарктических льдов может ускорить процессы глобального потепления из-за изменения альбедо¹ поверхностей. По утверждению некоторых ученых, только ледяные шапки планеты за счет отражения солнечного излучения охлаждают нашу Землю на 2°С, а покрывающий поверхность океана лед существенно замедляет процессы теплообмена между относительно теплыми океаническим водами и более холодным поверхностным слоем атмосферы. Кроме того, над ледяными шапками практически нет главного парникового газа – водяного пара, так как он выморожен.
  Глобальное потепление будет сопровождаться подъемом уровня Мирового океана. С 1995 по 2005 г. уровень Мирового океана уже поднялся на 4 см, вместо прогнозируемых 2 см. Если уровень Мирового океана в дальнейшем будет подниматься с такой же скоростью, то к концу XXI в. суммарный подъем его уровня составит 30–50 см, что вызовет частичное затопление многих прибрежных территорий, особенно многонаселенного побережья Азии. Следует помнить, что около 100 миллионов человек на Земле живет на высоте меньше 88 см над уровнем моря. Кроме повышения уровня Мирового океана глобальное потепление влияет на силу ветров и распределение осадков по планете. В результате на Земле вырастет частота и масштабы различных природных катаклизмов (штормы, ураганы, засухи, наводнения).
  В настоящее время от засухи страдает 2% всей суши. По прогнозам некоторых ученых, к 2050 г. засухой будет охвачено до 10% всех земель материков. Кроме того, изменится распределение количества осадков по сезонам.
  Третий сценарий – глобальное потепление в некоторых частях Земли сменится кратковременным похолоданием. Известно, что одним из факторов возникновения океанических течений является градиент (разница) температур между арктическими и тропическими водами. Таяние полярных льдов способствует повышению температуры арктических вод, а значит, вызывает уменьшение температурной разницы между тропическими и арктическими водами, что в будущем приведет к замедлению течений. Одним из самых известных теплых течений является Гольфстрим, благодаря которому во многих странах Северной Европы среднегодовая температура на 10 градусов выше, чем в других аналогичных климатических зонах Земли. Понятно, что остановка этого океанического конвейера тепла очень сильно повлияет на климат Земли. Уже сейчас течение Гольфстрим стало слабее на 30% по сравнению с 1957 г. Математическое моделирование показало, чтобы полностью остановить Гольфстрим, достаточно будет повышения температуры на 2–2,5 градуса. В настоящее время температура Северной Атлантики уже прогрелась на 0,2 градуса по сравнению с 70-ми годами XX в. В случае остановки Гольфстрима среднегодовая температура в Европе будет понижаться, Другие математические модели «сулят» сильное похолодание на всем Европейском континенте при общем глобальном потеплении.
  По этим математическим расчетам полная остановка Гольфстрима произойдет через 20 лет. В результате климат Северной Европы, Ирландии, Исландии и Великобритании может стать холоднее настоящего на 4–6 градусов, усилятся дожди и участятся штормы. Похолодание затронет также и Нидерланды, Бельгию, Скандинавию и север европейской части России. После этого потепление в Европе возобновится по второму сценарию.
  Четвертый сценарий – глобальное потепление сменится глобаль­ным похолоданием. Остановка Гольфстрима и других океанических течений вызовет вначале глобальное потепление на Земле, а затем – наступление очередного ледникового периода.
  Пятый сценарий – парниковая катастрофа. Парниковая катастрофа – самый «неприятный» сценарий развития процессов глобального потепления. Автором теории является А. В. Карнаухов, суть ее в следующем. Рост среднегодовой температуры на Земле из-за увеличения в атмосфере Земли содержания антропогенного СО2 вызовет переход в атмосферу растворенного в океане СО2, а также спровоцирует разложение осадочных карбонатных пород с дополнительным выделением углекислого газа, который, в свою очередь, поднимет температуру на Земле еще выше, что повлечет за собой дальнейшее разложение карбонатов, лежащих в более глубоких слоях земной коры (в океане содержится углекислого газа в 60 раз больше, чем в атмосфере, а в земной коре – почти в 50 000 раз больше). Ледники будут интенсивно таять, уменьшая альбедо Земли. Такое быстрое повышение температуры будет способствовать интенсивному поступлению метана из тающей вечной мерзлоты, а повышение средней температуры на 1,4–5,8°С к концу столетия будет способствовать разложению метангидратов (льдистых соединений воды и метана), сосредоточенных преимущественно в тундре.
  Если учесть, что метан является в 21 раз более сильным парниковым газом, чем СО2, рост температуры на Земле будет катастрофическим. Чтобы лучше представить, что будет с Землей, достаточно обратить внимание на нашего соседа по солнечной системе – планету Венера. При таких же параметрах атмосферы, как на Земле, температура на Венере должна быть выше земной всего на 60°С (Венера ближе Земли к Солнцу), т. е. быть в районе 75°С. В реальности же температура на Венере почти 500°С. Большинство карбонатных и метаносодержащих соединений на Венере давным-давно были разрушены с выделением углекислого газа и метана. В настоящее время атмосфера Венеры состоит на 98% из СО2, что приводит к увеличению температуры планеты почти на 400°С.
  Если глобальное потепление пойдет по такому же сценарию, как на Венере, то температура приземных слоев атмосферы на Земле может достигнуть 150 градусов. Повышение температуры Земли даже на 50°С поставит крест на человеческой цивилизации, а увеличение температуры до 150°С вызовет гибель почти всех живых организмов планеты.
  По «оптимистическому» сценарию Карнаухова, если количество поступающего в атмосферу СО2 останется на прежнем уровне, то температура 50°С на Земле установится через 300 лет, а 150°С – через 6000 лет. К сожалению, с каждым годом объемы выбросов СО2 только растут. В этом случае, если выброс СО2 будет расти, удваиваясь каждые 50 лет, температура 50°С на Земле установится уже через 100 лет, а 150°С через 300 лет.

Ознакомившись с предложенными сценариями, ответьте на вопросы.
  1. Оцените, можно ли отразить данные какого-либо одного сценария в виде таблиц и выстроенных на их основе графиков.
  2. Можно ли отразить данные всех однотипных из предложенных сценариев (второй, третий и пятый) в виде таблицы и выстроенного на их основе единого графика?
  3. Используя любую компьютерную программу (Eхсеl, Раsсаl, V. Ваsiс или любые другие), попытайтесь смоделировать взаимозависимость рассмотренных показателей и выстроить графики глобальных климатических изменений, дополняя и (или) трансформируя данные, приведенные в таблицах ниже.

¹ Альбедо – это разница между количеством отраженной от поверхности солнечной энергии и количеством падающей на него энергии.

×
×

Корзина