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

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

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

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

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

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

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

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

СО 2 и температура за последние 0,5 млрд. лет

Вариации дейтерия (t, 0 C), СО 2, СН 4, N 2 O в Антарктическом ледниковом керне и кривая 18 О в морских отложениях Расположение скважин Морские изотопные стадии Ритмы: 100, 41, ~20 тыс. лет Спектр колебаний индикаторов

Механизмы изменений климата: вариации инсоляции на внешней границе атмосферы Вариации инсоляции: ритмы 41 и ~20 тыс. лет вклад гармоник Миланковича в дисперсию

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

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

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

PMIP: граничные условия для LGM

Моделирование глобально-осредненной температуры у поверхности (21 ka BP – 0) МОЦА/ SST CLIMAP МОЦА/МОЦО

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

Сравнение реконструированных и модельных температурных аномалий (LGM минус современный климат) 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) Равнинные регионы Пространственное осреднение модельных данных и реконструкций

PMIP: граничные условия для условий 6 тыс. лет назад Инсоляция на ВГА 6 тыс. лет назад СО 2 - доиндустриальный уровень

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

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

Вариации индийского муссона и климата Северной Атлантики в голоцене Ea.Pl. S.Lett. 211 (2003) 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 YD «Миланкович»

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

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

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

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

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

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

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)

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

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

Современное распреснение вод Северной Атлантики Черная кривая – аномалии запасов. Цветные области - вклад источников: 1)Р-Е, Атлантика (темно-зеленая) 2)Р-Е, Ледовитый океан, Канадский архипелаг, речной сток (свето- зеленая) 3)Уменьшение льдов (голубая) 4)Таяние ледников, в том числе Гренландия (красный)

Климат последнего тысячелетия

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

Радиационные факторы, определяющие вариации климата

Критика долгопериодных изменений солнечной постоянной

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

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