Перспективная оценка температуры нижней тропосферы

«Îïòèêà àòìîñôåðû è îêåàíà», 24, ¹ 1 (2011)
ÓÄÊ 551.590.2
Ïåðñïåêòèâíàÿ îöåíêà òåìïåðàòóðû íèæíåé òðîïîñôåðû
ìîäåëüþ «àëüáåäî–òåìïåðàòóðà»
Í.Í. Çàâàëèøèí*
ÃÓ «Ñèáèðñêèé ðåãèîíàëüíûé íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêèé ãèäðîìåòåîðîëîãè÷åñêèé èíñòèòóò»
630099, ã. Íîâîñèáèðñê, 99, óë. Ñîâåòñêàÿ, 30
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 4.04.2010 ã.
Ïðèâåäåíà îáùàÿ ñõåìà ãîäîâîãî ýíåðãåòè÷åñêîãî äèñáàëàíñà Çåìëè, íà îñíîâå êîòîðîé ïîñòðîåíà ìîäåëü, ñâÿçûâàþùàÿ ñðåäíåãîäîâóþ òåìïåðàòóðó ïðèçåìíîé àòìîñôåðû ñ ïëàíåòàðíûì àëüáåäî è òåïëîâîé
èíåðöèåé ãèäðîñôåðû. Ïîêàçàíî, ÷òî ïî ââåäåííîìó êðèòåðèþ ïåðèîä 1951–1980 ãã. íàèáîëåå ïîäõîäèò
ê âû÷èñëåíèþ íîðì ãèäðîìåòåîýëåìåíòîâ. Ñäåëàí ìîäåëüíûé ðàñ÷åò èçìåíåíèé ïðèçåìíîé òåìïåðàòóðû
â çàâèñèìîñòè îò ñöåíàðèÿ èçìåíåíèÿ àëüáåäî è òèïîâ ôóíêöèé ïåðåäà÷è òåïëà èç íèæíåãî â âåðõíèé ñëîé
ãèäðîñôåðû.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ýíåðãåòè÷åñêèé äèñáàëàíñ, àëüáåäî Çåìëè, òåìïåðàòóðà àòìîñôåðû, ìîäåëü, ïåðñïåêòèâíàÿ îöåíêà, ðåêîíñòðóêöèÿ àëüáåäî; energy imbalance, the Earth albedo, atmospheric temperature, model,
lond-range estimate, albedo reconstruction.
«Áàëàíñ» áóêâàëüíî îçíà÷àåò «âåñû» è òðàêòóåòñÿ êàê ðàâíîâåñèå. Ôàêò ðåãóëÿðíîãî ÷åðåäîâàíèÿ ëåäíèêîâûõ ïåðèîäîâ ñ ïîòåïëåíèÿìè çàñòàâëÿåò äóìàòü, ÷òî íîðìîé ÿâëÿåòñÿ ñîñòîÿíèå íåðàâíîâåñèÿ èëè ýíåðãåòè÷åñêîãî äèñáàëàíñà, êîãäà
ïðèòîê ñîëíå÷íîé ýíåðãèè ê Çåìëå íå ñîâïàäàåò
ñ åå óõîäîì â êîñìîñ â òå÷åíèå äëèòåëüíûõ ïåðèîäîâ âðåìåíè. Ïî÷åìó âîçíèêàåò äèñáàëàíñ? Êóäà
è â êàêèõ êîëè÷åñòâàõ ïåðåðàñïðåäåëÿþòñÿ èçáûòîê
èëè äåôèöèò ýíåðãèè? Êàêîâû ïîñëåäñòâèÿ?
 ñâîåé êëàññè÷åñêîé ðàáîòå [1] Ì. Ìèëàíêîâè÷ ïðåäïîëîæèë ïîñòîÿíñòâî àëüáåäî Çåìëè â ìåæëåäíèêîâûé ïåðèîä è ñîñðåäîòî÷èë âíèìàíèå íà
íåïîñòîÿíñòâå ïðèõîäÿùåãî ïîòîêà ñîëíå÷íîé ðàäèàöèè, êîòîðîå âûçâàíî èçìåíåíèÿìè ïàðàìåòðîâ
îðáèòû Çåìëè çà äåñÿòêè è ñîòíè òûñÿ÷ ëåò.  èññëåäîâàíèÿõ [2, 3] è â äàííîé ñòàòüå ðàññìàòðèâàåòñÿ äèíàìèêà êëèìàòà íà èíòåðâàëàõ âðåìåíè ïîðÿäêà ñîòåí ëåò, êîãäà êîëåáàíèÿ «ñîëíå÷íîé ïîñòîÿííîé» èç-çà èçìåíåíèÿ îðáèòàëüíûõ ïàðàìåòðîâ
ìàëû ïî îòíîøåíèþ ê ôëóêòóàöèÿì óõîäÿùåãî îò
Çåìëè ïîòîêà ýíåðãèè. Áîëåå òîãî, íà ïåðâîì ýòàïå
ñ÷èòàåì íåèçìåííûì åæåãîäíûé ïðèõîä èíòåãðàëüíîãî ïîòîêà ñîëíå÷íîé ðàäèàöèè ê Çåìëå (TSI –
Total Solar Irradiation). Îáúåêò íàøåãî èññëåäîâàíèÿ – óõîäÿùèé îò Çåìëè åæåãîäíûé ïîòîê ýíåðãèè,
âûçâàííûé èçìåíåíèÿìè àëüáåäî: óõîäÿùàÿ êîðîòêîâîëíîâàÿ ðàäèàöèÿ (OSR – Outgoing Shortwave
Radiation) è óõîäÿùàÿ äëèííîâîëíîâàÿ ðàäèàöèÿ
(OLR – Outgoing Longwave Radiation). Öåëü ðàáîòû – ïîëó÷åíèå ïåðñïåêòèâíîé îöåíêè èçìåíåíèÿ
ñðåäíåãîäîâîé òåìïåðàòóðû ïðèçåìíîé àòìîñôåðû
â çàâèñèìîñòè îò ñöåíàðèÿ èçìåíåíèÿ àëüáåäî.
* Íèêîëàé Íèêîëàåâè÷ Çàâàëèøèí ([email protected]).
 ñòàòüå [3, ôîðìóëà (11)] ïîñòðîåíà ìîäåëü
«àëüáåäî–òåìïåðàòóðà», êîòîðàÿ ïî çàäàííîìó íàáîðó ãîäîâûõ çíà÷åíèé àëüáåäî {Ak} îöåíèâàåò îòíîñèòåëüíóþ àíîìàëèþ ñðåäíåãîäîâîé òåìïåðàòóðû
íèæíåé òðîïîñôåðû Θk â k-ì ãîäó:
Θk − Θ N ( AN − Ak )
1
=
+
ΘN
4(1 − AN ) 4d0 (1 − Ak )
L
∑h (A
j
k
− Ak− j ), (1)
j =1
ãäå Θ – òåìïåðàòóðà â êåëüâèíàõ; èíäåêñ N îçíà÷àåò «íîðìó»; d0, L, h1, …, hL – êîíñòàíòû.  êà÷åñòâå ñöåíàðèÿ ìåæãîäîâûõ èçìåíåíèé àëüáåäî áûë
ïðèíÿò «ñêà÷îê»: ïåðåõîä îò îäíîãî ìíîãîëåòíåãî
çíà÷åíèÿ àëüáåäî ê äðóãîìó ôèêñèðîâàííîìó çíà÷åíèþ.  íàñòîÿùåì èññëåäîâàíèè ðàññìîòðèì ìàêñèìàëüíî ðåàëèñòè÷åñêèé ñöåíàðèé èçìåíåíèÿ àëüáåäî, ò.å. ñöåíàðèé, íàèáîëåå áëèçêèé ê èçâåñòíûì
ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì.
 îñíîâó ìîäåëè çàëîæåíà îáùàÿ ñõåìà ýíåðãåòè÷åñêîãî äèñáàëàíñà Çåìëè (ðèñ. 1). Ñõåìà èëëþñòðèðóåò ïåðåðàñïðåäåëåíèå ñîëíå÷íîé ýíåðãèè
ïî ãåîñôåðàì â çàâèñèìîñòè îò ãîäîâûõ àíîìàëèé
ïëàíåòàðíîãî àëüáåäî. Èçìåíåíèå àëüáåäî, íàïðèìåð åãî óìåíüøåíèå, ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ïîñòóïàþùåé ñîëíå÷íîé ðàäèàöèè, ÷òî ïîâûøàåò òåïëîñîäåðæàíèå â ãèäðîñôåðå, íàãðåâàåò íèæíþþ
àòìîñôåðó, óìåíüøàåò îáúåì è ïëîùàäü êðèîñôåðû
è, êàê ñëåäñòâèå, ïîâûøàåò óðîâåíü Ìèðîâîãî
îêåàíà è âûñîòó ñíåãîâîé ëèíèè.
Îñíîâíûì òåïëîíîñèòåëåì ÿâëÿåòñÿ ãèäðîñôåðà, îáëàäàþùàÿ çíà÷èòåëüíîé òåïëîâîé èíåðöèåé, ò.å. ñïîñîáíîñòüþ íàêàïëèâàòü áîëüøèå îáúåìû
òåïëà è âîçâðàùàòü åãî â òå÷åíèå äåñÿòêîâ, ñîòåí
è ìíîãèõ òûñÿ÷ ëåò. Êðèîñôåðà â ýòèõ ïðîöåññàõ
èãðàåò ðîëü òåðìè÷åñêîãî ñòàáèëèçàòîðà è èíäèêàòîðà òåïëîâûõ ïðîöåññîâ Çåìëè, çàáèðàÿ èçëèøêè
Ïåðñïåêòèâíàÿ îöåíêà òåìïåðàòóðû íèæíåé òðîïîñôåðû ìîäåëüþ «àëüáåäî–òåìïåðàòóðà»
47
TSI
±Δ
OSR== (A
N N ±k Δk0)I0
± 0D±k Dk
OLR = (1-A–N A0N)I
I0
Àòìîñôåðà
(1- –AANN ±
±Δ
Δk)I
k0
0
H 2O,
O, CO
H
CO2,
…
2
2, …
P
PLL
P
PCC
P
PHH
P0
PPLL + PHH +C?P1C = 1
AACC
Êðèîñôåðà
H
HCC
Áèîñôåðà
λλP
P HH
Ãèäðîñôåðà
Ëèòîñôåðà
= (1λ)P
– λ)PH
hh00 =(1
H
Ðèñ. 1. Ñõåìà ýíåðãåòè÷åñêîãî äèñáàëàíñà Çåìëè
(PL, PH, PC – äîëè ñîëíå÷íîé ðàäèàöèè, ïîñòóïèâøèå â òå÷åíèå ãîäà â ëèòîñôåðó, ãèäðîñôåðó è êðèîñôåðó ñîîòâåòñòâåííî; HC – äîëÿ ðàäèàöèè, óøåäøåé â ìîðñêèå ëüäû; AC – â ìàòåðèêîâóþ êðèîñôåðó; λ, (1 – λ) – äîëè ïåðåðàñïðåäåëåíèÿ
PH ìåæäó âåðõíèì è ãëóáèííûì ñëîÿìè; Dk – ýíåðãåòè÷åñêèé äèñáàëàíñ â k-ì ãîäó)
òåïëà èç ãèäðîñôåðû è àòìîñôåðû íà ôàçîâûå ïðåâðàùåíèÿ ëüäà è ñíåãà â âîäó, à ïðè óâåëè÷åíèè
àëüáåäî çàáèðàåò èçëèøêè õîëîäà íà ïðåâðàùåíèÿ
âîäû â ëåä. Àòìîñôåðà ïî ñðàâíåíèþ ñ ãèäðîñôåðîé îáëàäàåò íåñðàâíåííî ìåíüøåé òåïëîåìêîñòüþ
è åå ñîñòîÿíèå â çíà÷èòåëüíîé ìåðå ïðåäîïðåäåëÿåòñÿ ñîñòîÿíèåì âåðõíèõ ñëîåâ ãèäðîñôåðû è ëèòîñôåðû. Îòíîñèòåëüíî ëèòîñôåðû ïðåäïîëàãàåòñÿ,
÷òî åå ãîäîâîé ýíåðãåòè÷åñêèé áàëàíñ ðàâåí íóëþ.
Ýòî íå çíà÷èò, ÷òî ëèòîñôåðà íå âëèÿåò íà ýíåðãåòè÷åñêèé äèñáàëàíñ, âëèÿíèå âóëêàíèçìà íà àëüáåäî î÷åâèäíî. Áèîñôåðà òàêæå âëèÿåò íà àëüáåäî.
Òàê, ïî íåêîòîðûì îöåíêàì îíà âûçâàëà óìåíüøåíèå òåìïåðàòóðû ïðèçåìíîé àòìîñôåðû íà 1° èç-çà
âñå óâåëè÷èâàþùåéñÿ âûðóáêè ëåñîâ.
Íàáîð êîíñòàíò hj (j = 1, …, L) çàäàåò äîëè
òåïëà, êîòîðîå ãëóáèííûé ñëîé âîçâðàùàåò â âåðõíèé ñëîé â òå÷åíèå ïîñëåäóþùèõ L ëåò. «Âåðõíèì»
ñ÷èòàåòñÿ ñëîé âîäû ãèäðîñôåðû, òåïëî èç êîòîðîãî
áûëî ïåðåäàíî â àòìîñôåðó è êðèîñôåðó â òå÷åíèå
ãîäà, à «ãëóáèííûì» – íèæåëåæàùèé ñëîé. Óñòàíîâèòü ãðàíèöó ðàçäåëà ìåæäó âåðõíèì è ãëóáèííûì ñëîÿìè òðóäíî, òàê êàê îíà çíà÷èòåëüíî èçìåíÿåòñÿ èç-çà ðàçíîé ýíåðãîàêòèâíîñòè îêåàíîâ. Åùå
òðóäíåå íàéòè áàëàíñ òåïëà íà ýòîé ãðàíèöå. Ïî
ýòèì ïðè÷èíàì áóäåì ðàññìàòðèâàòü ñëåäóþùèå òðè
ñöåíàðèÿ ôóíêöèé âîçâðàòà òåïëà:
48
hj (1) ∼ 1 − exp(−bj) (ìåäëåííûé),
hj (2) ∼ 1 −
j
(ëèíåéíûé),
L
hj (3) ∼ exp(−cj) (áûñòðûé),
ãäå L – ãëóáèíà òåïëîâîé èíåðöèè ãèäðîñôåðû
â ãîäàõ; j = 1, .., L; b, c – êîíñòàíòû.
Ïóñòü i îçíà÷àåò íîìåð ñöåíàðèÿ (äëÿ ïðîñòîòû èíîãäà áóäåì åãî îïóñêàòü). Îáîçíà÷èì
ej (i) =
hj (i)
; h0 (i) =
h0 (i)
L
L
∑h (i); ∑ e (i) ≡ 1.
j
j
j =1
(2)
j =1
Òîãäà âñå ñöåíàðèè áóäóò èìåòü îáùèé âèä
hj (i) = h0 (i)ej (i).
(3)
Ðèñ. 2 èëëþñòðèðóåò âñå òðè ñöåíàðèÿ èçìåíåíèÿ
ôóíêöèé ïåðåäà÷è òåïëà èç ãëóáèííîãî ñëîÿ
â âåðõíèé ñëîé êàê â àáñîëþòíîì, òàê è â íîðìèðîâàííîì âèäå.
Ïåðåïèøåì òåïåðü (1) ñ ó÷åòîì (2), (3):
Θk (i) − Θ N
( AN − Ak ) h0 (i)
=
+
ΘN
4(1 − AN )
4d0
Çàâàëèøèí Í.Í.
L
∑e
j =1
j
( Ak − Ak − j )
. (4)
(1 − Ak )
îêåàíà èëè òåìïåðàòóðà íèæíåé àòìîñôåðû xk,
è áóäåò áëèæå âñåãî ê èñêîìîé íîðìå.
 êà÷åñòâå ñåðèè ëåò âîçüìåì 31-ëåòíèé
ñêîëüçÿùèé èíòåðâàë, à çà ìåðó ñòàáèëüíîñòè ïðèìåì ñðåäíåêâàäðàòè÷åñêîå îòêëîíåíèå (ÑÊÎ):
j =15
σk =
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25
Ãîäû
à
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25
Ãîäû
á
Ðèñ. 2. Òèïû ôóíêöèé ïåðåäà÷è òåïëà (L = 25 ëåò) èç
ãëóáèííîãî â âåðõíèé ñëîé ãèäðîñôåðû â àáñîëþòíîé (à)
è íîðìèðîâàííîé (á) ôîðìàõ
Äëÿ ðåøåíèÿ ïîñòàâëåííîé çàäà÷è íàì, â ñîîòâåòñòâèè ñ (4), íåîáõîäèìî îïðåäåëèòü:
1) AN è ΘN – «íîðìû» àëüáåäî è ïðèçåìíîé
òåìïåðàòóðû;
2) Ak – ñöåíàðèé èçìåíåíèÿ àëüáåäî Çåìëè;
h (i)
– êîíñòàíòó.
3) Z0 (i) = 0
d0
Íà÷íåì ñ íîðìû.  ðàáîòå [3] íîðìà àëüáåäî
îïðåäåëÿåòñÿ êàê ãîä N, â êîòîðîì äîñòèãíóò áàëàíñ òåïëà ìåæäó âåðõíèì è ãëóáèííûì ñëîÿìè
ãèäðîñôåðû, ò.å.
L
AN =
∑e A
j
N − j.
(5)
j =1
Íàïðÿìóþ íàéòè ãîä, óäîâëåòâîðÿþùèé (5), ñëîæíî èç-çà ìàëîãî îáúåìà èíñòðóìåíòàëüíûõ äàííûõ
ïî àëüáåäî Çåìëè (ìåíåå 30 ëåò), è, êðîìå òîãî, ïî
îäíîìó ãîäó îöåíêà áóäåò âåñüìà íåíàäåæíîé. Íà
ýòîì îñíîâàíèè áóäåì èñêàòü íîðìó ïî äèíàìèêå
ñðåäíèõ ìíîãîëåòíèõ çíà÷åíèé, ñâÿçàííûõ ñ àëüáåäî ïàðàìåòðîâ.
Íóëåâîé áàëàíñ ìåæäó ñëîÿìè ãèäðîñôåðû îçíà÷àåò ñòàáèëüíîñòü òåïëîâûõ ïîòîêîâ â ãèäðîñôåðå è, êàê ñëåäñòâèå, â àòìîñôåðå. Ñëåäîâàòåëüíî,
ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî òà ñåðèÿ ëåò, â êîòîðîé
ìèíèìàëüíî èçìåíÿþòñÿ òàêèå ñðåäíåãîäîâûå çíà÷åíèÿ, êàê òåìïåðàòóðà ïîâåðõíîñòè Ìèðîâîãî
1
(xk + j − xk )2 ;
31 j =−15
∑
j =15
xk =
1
xk + j .
31 j =−15
∑
Èñõîäíûå äàííûå äëÿ ðàñ÷åòà âçÿòû èç [4].
Äëÿ àòìîñôåðû íàä Ìèðîâûì îêåàíîì è â öåëîì äëÿ ïðèïîâåðõíîñòíîé àòìîñôåðû ìèíèìóì
ÑÊÎ äîñòèãàåòñÿ â 1960 ã. (ó÷èòûâàÿ ñòàòèñòè÷åñêóþ ïîãðåøíîñòü ÑÊÎ, áîëåå òî÷íûì áóäåò íà÷àëî 60-õ ãã.). Íàèáîëåå áëèçêèé ê ìèíèìóìó ÑÊÎ
ñòàíäàðòíûé 30-ëåòíèé èíòåðâàë åñòü èíòåðâàë
1951–1980 ãã., êîòîðûé è ïðèìåì äëÿ ðàñ÷åòà íîðìû ãèäðîìåòåîýëåìåíòîâ è àëüáåäî. Áëèæàéøèå
âàðèàíòû (ïåðèîäû 1941–1970 è 1961–1990 ãã.) íå
ïîäõîäÿò èç-çà áîëüøèõ çíà÷åíèé ÑÊÎ.
Ïåðåéäåì êî âòîðîé çàäà÷å – âûáîðó ñöåíàðèÿ
èçìåíåíèÿ ñðåäíåãîäîâîãî àëüáåäî Çåìëè. Çíàÿ ïî
ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì òîò ôàêò, ÷òî ìåæãîäîâûå êîëåáàíèÿ OSR çà ïðîøåäøèå äåñÿòèëåòèÿ
ïî÷òè íà ïîðÿäîê ïðåâûøàþò ôëóêòóàöèè ãîäîâûõ
TSI, ìîæíî ñ õîðîøåé òî÷íîñòüþ îöåíèòü äèíàìèêó
àëüáåäî ïî èçìåí÷èâîñòè OSR.  ñâîþ î÷åðåäü
îáëà÷íîñòü ÿâëÿåòñÿ âàæíåéøèì ôàêòîðîì, ôîðìèðóþùèì OSR.  ðàáîòàõ [5, 6] îïóáëèêîâàíû ãðàôèêè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ïî àëüáåäî è îáùåé îáëà÷íîñòè (îñíîâíûå ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé [7, 8] îòíîñÿòñÿ ê òðîïè÷åñêîé çîíå è ïîýòîìó
íå ïðèâîäÿòñÿ). Îáùåé ÷åðòîé è àëüáåäî, è áàëëà
îáëà÷íîñòè ÿâëÿåòñÿ èõ ïàäåíèå äî êîíöà ïðîøëîãî
âåêà ñ ïîñëåäóþùèì ïîäúåìîì. Íà ðèñ. 3 ñõåìàòè÷åñêè èçîáðàæåíû èõ ëîêàëüíûå òðåíäû.
8
70
7
6
àëüáåäî [5]
àëüáåäî [6]
îáëà÷íîñòü [6]
5
4
3
2
68
67
66
65
1
0
–1
–2
1984
69
64
Îáëà÷íîñòü, %
ìåäëåííî
ëèíåéíî
áûñòðî
Àíîìàëèè àëüáåäî, %
Àáñîëþòíûå äîëè hj(i)
Íîðìèðîâàííûå äîëè ej(i)
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
63
1990
1995
2000
62
2005 ã.
Ðèñ. 3. Ñõåìà òðåíäîâ àëüáåäî è îáùåé îáëà÷íîñòè
ïî ðàáîòàì [5, 6]
Åñëè ïðèíÿòü, ÷òî íà÷àâøèéñÿ ïðîöåññ óâåëè÷åíèÿ àëüáåäî áóäåò èìåòü ñèììåòðè÷íûé âèä
ê ïðîøåäøåìó ïðîöåññó åãî óìåíüøåíèÿ (à êàêàÿ ó
íàñ èíàÿ îáîñíîâàííàÿ àëüòåðíàòèâà?), òî ïîëó÷èì
èñêîìûé ñöåíàðèé ãîäîâîãî èçìåíåíèÿ àëüáåäî
Çåìëè:
Ak = AN, k ≤ 1984 è k > 2014,
Ïåðñïåêòèâíàÿ îöåíêà òåìïåðàòóðû íèæíåé òðîïîñôåðû ìîäåëüþ «àëüáåäî–òåìïåðàòóðà»
7. Îïòèêà àòìîñôåðû è îêåàíà, ¹ 1.
49
k − 1984 ⎞
⎛
Ak = AN ⎜1 −
δ ⎟, 1984 ≤ k ≤ 1999,
15
⎝
⎠
k − 1999 ⎞
⎛
Ak = AN ⎜1 − δ +
δ ⎟, 2000 ≤ k ≤2014.
15
⎝
⎠
Êîíñòàíòà δ – ýòî î÷åíü ÷óâñòâèòåëüíûé ïàðàìåòð:
îòëè÷èå âàðèàíòà ñ δ = 0,011 îò âàðèàíòà δ = 0,009
ïî ìîäåëè (4) âåñüìà çíà÷èòåëüíî. Ïðîáëåìà â òîì,
÷òî ïîêà ó íàñ íåò ìíîãîëåòíèõ íàäåæíûõ èíñòðóìåíòàëüíûõ èçìåðåíèé àëüáåäî Çåìëè: ðåçóëüòàò
[5] áûë ïîäòâåðæäåí íåçàâèñèìûì ìåòîäîì îöåíêè
àëüáåäî ïî îòðàæåííîìó ñâåòó Ëóíû è âñå æå ÷åðåç
ãîä áûë ïåðåñìîòðåí [6]. Ïî ýòîé ïðè÷èíå ïðèìåì
çà ìîäåëüíûé âàðèàíò δ = 0,01, êîòîðûé äàåò íàáîëåå áëèçêèå ê ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì çíà÷åíèÿ, âû÷èñëåííûå ïî (4).
Òðåòüþ çàäà÷ó – ïîèñê êîíñòàíòû Z0 – ðåøèì,
êàê îáû÷íî, ñ ïîìîùüþ ìåòîäà ìèíèìàëüíûõ êâàäðàòîâ, èñõîäÿ èç ïðèíÿòîãî ñöåíàðèÿ.
Èòàê, îñíîâíûå ïàðàìåòðû îïðåäåëåíû, è ìîæíî ïåðåéòè ê âû÷èñëåíèÿì ïî (4). Ñíà÷àëà ðàññìîòðèì òèï ëèíåéíîé ôóíêöèè êàê íàèáîëåå ïðîñòîé: ó íåå òîëüêî îäèí ïàðàìåòð – ãëóáèíà òåïëîâîé èíåðöèè. Äëÿ çíà÷åíèé L = 10, 25, 50, 100, 200
áûëè íàéäåíû àíîìàëèè òåìïåðàòóðû ïî ôîðìóëå
(4) è ñîïîñòàâëåíû ñ äàííûìè ïî ôàêòè÷åñêîé òåìïåðàòóðå çà ïåðèîä ñ 1984 ïî 2009 ã. Îêàçàëîñü,
÷òî èç âûáðàííûõ âàðèàíòîâ áëèæå âñåãî ê ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì âàðèàíò L = 25 ëåò, ïðè
ýòîì ìåòîäîì íàèìåíüøèõ êâàäðàòîâ ïîëó÷åíà ñëåäóþùàÿ îöåíêà: Z0 = 0,9. Çäåñü íàäî ïîíèìàòü, ÷òî
ýòî ñëåäñòâèå âûáðàííîãî ñöåíàðèÿ èçìåíåíèÿ àëüáåäî: åñëè áû ìû çíàëè åãî äèíàìèêó íà ïðîòÿæåíèè õîòÿ áû ñòà ëåò, òî ïîëó÷èëè áû äðóãèå îöåíêè, â òîì ÷èñëå è êîíñòàíòó Z0. Ïîêà ÷òî îïèðàåìñÿ íà òî, ÷òî çíàåì.
Ïî ýòîé ïðè÷èíå ïîäáîð ïàðàìåòðîâ «ìåäëåííîãî» è «áûñòðîãî» ñöåíàðèåâ èçìåíåíèÿ ôóíêöèé
ïåðåäà÷è òåïëà ìû îãðàíè÷èëè 25 ãîäàìè, îáðåçàÿ
«õâîñòû» ýòèõ ôóíêöèé è ïîäáèðàÿ èõ ïàðàìåòðû
òàê, ÷òîáû îöåíêè ïî (4) áûëè áëèçêè ê ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàííûì.
Ðåçóëüòàò íà ðèñ. 4 ñâèäåòåëüñòâóåò î òîì, ÷òî
òèï ôóíêöèé ïåðåäà÷è òåïëà – âòîðè÷íûé ôàêòîð.
Ñàìûå âàæíûå ôàêòîðû: àíîìàëèè àëüáåäî, ãëóáèíà â ãîäàõ òåïëîâîé èíåðöèè Ìèðîâîãî îêåàíà
è ïàðàìåòð Z0. Âèäíî, ÷òî ïðè âîçðàñòàíèè àëüáåäî
òåìïåðàòóðà ïðèçåìíîé àòìîñôåðû òàêæå ìîæåò âîçðàñòàòü çà ñ÷åò òåïëîîòäà÷è Ìèðîâîãî îêåàíà: ðîñò
ìîäåëüíîé òåìïåðàòóðû â 2001–2005 ãã. ïðè îäíîâðåìåííîì óâåëè÷åíèè àëüáåäî äàåò îäíîçíà÷íûé
ïîëîæèòåëüíûé îòâåò íà âîïðîñ, ïîñòàâëåííûé â [9].
×òî äàëüøå? Çíàåì íå î÷åíü óâåðåííî çíà÷åíèÿ ãîäîâûõ àëüáåäî íà ïðîòÿæåíèè ìåíåå 30 ëåò.
Ñîáèðàòü äàííûå åùå äåñÿòèëåòèÿ, ÷òîáû ïîíÿòü,
ïî÷åìó èçìåíÿåòñÿ àëüáåäî è êàê ýòè èçìåíåíèÿ
âëèÿþò íà êëèìàò Çåìëè? Êîíå÷íî, ñîâåðøåíñòâîâàíèå èíñòðóìåíòàëüíûõ íàáëþäåíèé çà àëüáåäî,
êàê îòå÷åñòâåííûõ, òàê è ìåæäóíàðîäíûõ, – ýòî
ïðîáëåìà íîìåð îäèí. Íî ìîæíî ïàðàëëåëüíî èäòè
è äðóãèì ïóòåì.
50
Ðèñ. 4. Ïåðñïåêòèâíàÿ îöåíêà àíîìàëèè òåìïåðàòóðû
íèæíåé òðîïîñôåðû ìîäåëüþ (4)
 ñèëó çàêîíà ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè ëþáûå èçìåíåíèÿ ãîäîâûõ çíà÷åíèé àëüáåäî Çåìëè îñòàâëÿþò ñâîé ñëåä â ãåîñôåðàõ: òåìïåðàòóðà âåðõíåãî
è ãëóáèííîãî ñëîåâ ãèäðîñôåðû, òåìïåðàòóðà ïðèçåìíîé òðîïîñôåðû, îáúåì è ïëîùàäü êðèîñôåðû,
óðîâåíü Ìèðîâîãî îêåàíà, âûñîòà ñíåãîâîé ëèíèè.
Ïî÷åìó áû íå ïîïûòàòüñÿ ðåêîíñòðóèðîâàòü ãîäîâûå
àíîìàëèè àëüáåäî Çåìëè ïî ïåðå÷èñëåííûì ïàðàìåòðàì, ò.å. ðåøèòü çàäà÷ó, îáðàòíóþ ê ìîäåëè (1)?
Èçâåñòíû è ïîïûòêè òàêîãî ðîäà, íàïðèìåð íåñòàöèîíàðíàÿ ìîäåëü ýíåðãåòè÷åñêîãî áàëàíñà Çåìëè
Âèííèêîâà–Ãðîéñìàíà [10], â êîòîðîé àâòîðû îöåíèëè äèíàìèêó àëüáåäî Çåìëè ïî àíîìàëèÿì òåìïåðàòóðû ïðèçåìíîé àòìîñôåðû è îïòè÷åñêèì ñâîéñòâàì àòìîñôåðû.  ñëó÷àå óñïåøíîãî ðåøåíèÿ ïîñòàâëåííîé ïðîáëåìû ðÿä äàííûõ ïî àëüáåäî Çåìëè
óâåëè÷èòñÿ â 4–5 ðàç, ÷òî ïîçâîëèò ïåðåéòè ê ìîäåëèðîâàíèþ ìåæãîäîâîé èçìåí÷èâîñòè àëüáåäî ñ ó÷åòîì âíóòðåííèõ è âíåøíèõ ôàêòîðîâ è âïîñëåäñòâèè
ê íàäåæíûì ïðîãíîçàì êëèìàòè÷åñêèõ èçìåíåíèé.
Ïîäâåäåì èòîã. Åñëè ïðîöåññ âîçâðàùåíèÿ
àëüáåäî ê íîðìå ïðîäîëæèòñÿ, òî ïîÿâëåíèå òðåíäà
íà óìåíüøåíèå ñðåäíåé ãîäîâîé òåìïåðàòóðû ïðèçåìíîé àòìîñôåðû ñ òåìïîì ïðèìåðíî –0,25 °Ñ çà
10 ëåò ñòàíåò íåîñïîðèìûì ôàêòîì â áëèæàéøåå
âðåìÿ (ðèñ. 4).
1. Ìèëàíêîâè÷ Ì. Ìàòåìàòè÷åñêàÿ êëèìàòîëîãèÿ è àñòðîíîìè÷åñêàÿ òåîðèÿ êîëåáàíèé êëèìàòà. Ì.; Ë.:
ÃÎÍÒÈ, 1939. 194 ñ.
2. Çàâàëèøèí Í.Í. Îöåíêà âëèÿíèÿ ñìåùåíèÿ Ñîëíöà
îò öåíòðà èíåðöèè íà òåìïåðàòóðó òðîïîñôåðû //
Îïòèêà àòìîñô. è îêåàíà. 2009. Ò. 22, ¹ 1. C. 31–33.
3. Çàâàëèøèí Í.Í. Ìîäåëü çàâèñèìîñòè òåìïåðàòóðû
ïðèçåìíîé àòìîñôåðû îò àëüáåäî Çåìëè è òåïëîâîé
èíåðöèè ãèäðîñôåðû // Îïòèêà àòìîñô. è îêåàíà.
2010. Ò. 23, ¹ 6. C. 480–484.
4. http://data.giss.nasa.gov/gistemp/tabledata/GLB.Ts+
dSST.txt
5. Goode P.R., Palle E. Shortwave forcing of the Earth's
climate: Modern and historical variations in the Sun's
irradiance and the Earth's reflectance // J. Atmos. and
Sol-Terr. Phys. 2007. V. 69, N 13. P. 1556–1568.
6. Palle E., Goode P.R., Montanes-Rodriguez P. Interannual variations in Earth’s reflectance 1999–2007 //
http://bbso.njit.edu/Research/EarthShine/literature/
Palle_etal_2008_JGR.pdf
Çàâàëèøèí Í.Í.
7. Ãîëîâêî Â.À., Ïàõîìîâ Ë.À., Óñïåíñêèé À.Á. Èññëåäîâàíèå ïîëÿ óõîäÿùåãî èçëó÷åíèÿ Çåìëè ñ ïîìîùüþ
ñêàíèðóþùåãî ðàäèîìåòðà ðàäèàöèîííîãî áàëàíñà íà
ðîññèéñêèõ ñïóòíèêàõ ñåðèè «Ìåòåîð» è «Ðåñóðñ» //
Ýëåêòðîí. æ. «ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÎ Â ÐÎÑÑÈÈ». URL:
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/ 2003/106.pdf
8. Ãîëîâêî Â.À. Ñîâðåìåííûé ýíåðãåòè÷åñêèé äèñáàëàíñ
Çåìëè. Äîêàçàòåëüñòâî ñóùåñòâîâàíèÿ è âîçìîæíûå
ïîñëåäñòâèÿ.
URL:
http://www.iki.rssi.ru/earth/
pres2006/golovko.pdf
9. Palle E.,
Goode P.R.,
Montanes-Rodriguez P.,
Koonin S.E. Can Earth's Albedo and Surface Temperatures Increase Together? // EOS Trans. AGU. 2006.
V. 87, N 4. P. 37–43.
10. Ïåðåâåäåíöåâ Þ.Ï. Òåîðèÿ êëèìàòà. Êàçàíü: Êàçàíñêèé ãîñ. óí-ò, 2009. 504 ñ.
N.N. Zavalishin. Long-term evaluation by the low tropospherå temperature in the albedo-temperature
model.
The paper presents a general scheme of the Earth’s annual energy imbalance, which served as a basis for
development of the model, linking the average annual near-surface atmospheric temperature with planetary albedo and thermal inertia of the hydrosphere. The period from 1951 to 1980 was shown to be the most appropriate for computing the standards for hydrometeorological elements. The model, calculated variations in the surface temperature, depending on the albedo change scenario and the type of the heat transfer from the lower to
the upper layer of the hydrosphere, is made.
Ïåðñïåêòèâíàÿ îöåíêà òåìïåðàòóðû íèæíåé òðîïîñôåðû ìîäåëüþ «àëüáåäî–òåìïåðàòóðà»
7*.
51