Моделирование палеоклиматов с целью изучения механизмов формирования климатических изменений

1. Моделирование палеоклиматов с целью изучения механизмов формирования климатических изменений А.В.Кислов Московский университет Географический факультет кафедра метеорологии и климатологии

2. П Л А Н • Проблемы, решаемые с помощью палеоклиматической информации. • Источники данных: индикаторы и датировка. • История климата: фанерозой, кайнозойская эра, плейстоцен, голоцен. • Теория колебаний климата в плейстоцене. • Моделирование климата 6 и 21 тыс. лет назад. Механизм Миланковича. Обратная связь «климат – растительность». • События: Дансгора-Оешгера, Хайнриха, поздний дриас. Параллель с современным климатом. • Климат последнего тысячелетия.

3. Использование палеоклиматических данных: прогноз изменений климата XXI века палеоаналоги будущего потепления Палеоданные – тест для валидации климатических моделей Выявление новых физических механизмов формирования колебаний климата Нормированные на величину средней по полушарию температуры зонально-осредненные аномалии температуры воздуха

4. Использование палеоклиматических данных: динамика уровней морей, озер и Мирового океана Климатически-обусловленная динамика уровня океана Моделирование падения уровняКаспийского и Черного моря за счет снижения речного стока 21 тыс. лет назад во время максимума позднеплецйстоценового похолодания

5. Использование палеоклиматических данных: история и археология 4200 лет назад: катастрофическая засуха, похолодание и коллапс цивилизации (Аккадианская культура) Коллапс цивилизации майя Интенсивность муссона южной Азии рациональная интерпретация библейских событий: Всемирный потоп -затопление древних поселений на шельфе Черного моря 14-15 тыс. лет назад

6. Использование палеоклиматических данных: реакция и адаптация состояния окружающей среды на изменения климата Биомы: современное распределение и 6000 14C лет назад

7. Источники информации: индикаторы и датировки Древнейшее из ныне живущих деревьев (Bristlecone pine) ~ 5000 лет (Северная Америка) Датировка по изотопным данным Th/U и 14С Перекрывающиеся участки Палеоокеанологические индикаторы

8. История климата: фанерозой, кайнозойская эра, плейстоцен, голоцен.Теория колебаний климата в плейстоцене

9. СО2 и температура за последние 0,5 млрд. лет

10. Вариации дейтерия (t,0C), СО2, СН4, N2O в Антарктическом ледниковом керне и кривая 18О в морских отложениях Расположение скважин Морские изотопные стадии Ритмы: 100, 41, ~20 тыс. лет Спектр колебаний индикаторов

11. Механизмы изменений климата: вариации инсоляции на внешней границе атмосферы Красный шум вкладгармоник Миланковича в дисперсию <20% Вариации инсоляции: ритмы 41 и ~20 тыс. лет

12. Механизмы изменений климата Уравнение Ланжевена (броуновское движение) Осциллятор с запаздыванием Эффект «переброса» dT/dt=T(t)+f частота k совпадает с частотой переброса между устойчивыми состояниями Стохастический резонанс

13. Криохрон, позднеледниковье и голоцен Бэрд Восток Купол «С» Изменение уровня Мирового океана Кемп- Сенчури Анализ пузырьков воздуха в ледниковых кернах Антарктиды и Гренландии Сибирь Русская равнина

14. Проект PMIP.Моделирование климата 6 и 21 тыс. лет назад. Механизм Миланковича. Обратная связь «климат – растительность».

15. PMIP:граничные условия для LGM

16. Моделирование глобально-осредненной температуры у поверхности (21 ka BP– 0) МОЦА/ SSTCLIMAP МОЦА/МОЦО

17. Среднегодовые аномалии температуры (LGM минус современный климат) средние аномалии по PMIP моделям Современная ТНС Средняя SST. Модели: CCSM, FGOALS, HadCM, IPSL-CM, MIROC. LGM ТНС

18. Сравнение реконструированных и модельных температурных аномалий (LGM минус современный климат) Равнинные регионы 1 – Western Europe (9) and North Africa (1) 2 - East European Plane (5) 3 – North-East North America (4) 4 – West Siberian Plane (10) 5 – Eastern Siberia and Chukotka (6) 6 – Greenland (1) 7 – Antarctica (1) 8 – Mongolia (2) and North China (2) 9 – Brazil (1) 10 – South Africa (2) 11 – Australia (1) Пространственное осреднение модельных данных и реконструкций

19. PMIP:граничные условия для условий 6 тыс. лет назад Инсоляция на ВГА 6 тыс. лет назад СО2 - доиндустриальный уровень

20. Средние по моделям PMIP аномалии температуры и осадков 6 тыс. лет назад Модельные различия (0С) (мм/сут)

21. Изменения годовых сумм осадков в Северной Африке («6»минус«0»тыс. лет назад, PMIP) Границы в годовых суммах осадков для условий сухого степного ландшафта МОЦА/МОЦО Обратная связь «климат – растительность». «Зеленая волна»

22. Вариации индийского муссона и климата Северной Атлантики в голоцене a,b – индексы протяженности морского льда (по разным бурениям) с,d – индикаторы интенсивности муссона Номера – события IRD (ice-rafted debris events); 0 – малый ледниковый период «Миланкович» YD Ea.Pl. S.Lett. 211 (2003) 371-380

23. Динамика климата за последние 12000 лет В тропиках – сдвиг Внутритропической зоны конвергенции (ВЗК)

24. Интенсификация муссона в ответ на орбитальные изменения инсоляции 1.Рост наклонения 2.Перигелий совпадает с летним солнцестоянием +I’0 +RS +TS Контраст суша-море Интенсификация муссона Рост осадков Региональные измененияв океане Перестройка свойств поверхности Рост переноса водяного пара на материк Увеличение транспирации

25. Короткопериодные явления: события Дансгора-Оешгера, Хайнриха, молодой дриас. Параллель с современным климатом.

26. События Дансгора-Оешгера (D-О) и Хайнрика (Н) YD Баренцевоморский шельф Норвежское море Гренландия, Саммит D-O события Источники материала, переносимого айсбергами в океан во время Н-событий

27. Глобальное проявление событий D-О и Н Синхронность вариаций интенсивности летнего муссона с событиями D-О Отклики на события D-O и Н в различных регионах Сибири

28. Ослабление муссона в ответ на событие Хайнрика в Северной Атлантике Событие Хайнрика Сердж льда Гренландия, Исландия, Барентцевский шельф, Лаврентийский ледник Охлаждение поверхности распреснение остановка конвекции Изменения глобального конвейера: Прекращение захвата тепла в Южной Атлантике Сдвиг Маскаренского антициклона в высокие широты Рост температуры южного океана ? Ослабление муссона южной Азии

29. О генезисе событий D-O Спектры колебаний палеоиндикаторов Потепление климата приводит к уменьшению интенсивности ТНС и приближает систему к бифуркационной точке (100 экспериментов с моделью промежуточной сложности)

30. Распреснение Северной Атлантики и похолодание молодой дриас (YD) – последнее Н-событие (?) Пути перемещения талых вод, скапливающихся в оз.Агассиз Оз.Агассиз Аномалии температуры при прекращении термохалинной циркуляции в Северной Атлантике

31. Событие 8.2 тыс. лет назад: D-O или «ординарная» флуктуация голоцена?

32. Современное распреснение вод Северной Атлантики • Черная кривая – аномалии запасов. • Цветные области - вклад источников: • Р-Е, Атлантика (темно-зеленая) • Р-Е, Ледовитый океан, Канадский архипелаг, речной сток (свето-зеленая) • Уменьшение льдов (голубая) • Таяние ледников, в том числе Гренландия (красный)

33. Климат последнего тысячелетия

34. Разные взгляды на динамику климата последних 1500 лет Обеспеченность данными низкая ! Были или не были большие колебания климата в последнюю 1.5 тыс. лет ?

35. Радиационные факторы, определяющие вариации климата

36. Критика долгопериодных изменений солнечной постоянной

37. Моделирование климата за последние 1000 лет Obs. моделирование (GFDL):потепление Арктики 40-х годов – естественная флуктуация

38. Механизмы короткопериодных изменений климата, развиваемые в палеоклиматологии • Механизм похолодания, связанный с изменением циркуляции водных масс Северной Атлантики из-за распреснения вод (худ.фильм «Послезавтра») • Нестабильность континентального оледенения, выражаемая массовым сбросом айсбергов • Положительная обратная связь «региональные изменения климата – динамика растительности» • Положительная обратная связь «глобальный климат – глобальная карбонатная система» • Концепция вариаций солнечной постоянной и влияния на климат • Концепция влияния вулканических извержений на формирование аномалий климата