Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Географические науки
Метеорология, климатология, агрометеорология

Диссертационная работа:

Шерстюков Борис Георгиевич. Пространственные и сезонные особенности изменений климата в период интенсивного глобального потепления : диссертация ... доктора географических наук : 25.00.30 / Шерстюков Борис Георгиевич; [Место защиты: Казан. гос. ун-т].- Обнинск, 2007.- 327 с.: ил. РГБ ОД, 71 09-11/2

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 8

ВВЕДЕНИЕ 9

ГЛАВА 1. КЛИМАТ В XX ВЕКЕ, ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ 23
НАБЛЮДЕНИЯ, МЕТОДЫ АНАЛИЗА

1.1. Основные сведения об изменении климата 23

  1. Две эпохи потепления глобального климата 23

  2. Современные представления о причинах изменения 29 климата Земли

1.1.3. Парниковые газы антропогенного происхождения 32

1.1.4. О влиянии океанов на изменения климата 36

1.2. Исходные данные 40

  1. Месячные данные температуры воздуха по станциям 40 бывшего СССР и России за 1900-2005гг

  2. Среднемесячная температура по глобальной сети 43 станций Земли

  3. Выбор интервала лет для анализа изменений климата 46 по имеющимся данным

  4. Осреднение данных о температуре воздуха над сушей 51

  5. Осредненные данные о температуре воздуха над 52 океанами

  6. Осредненные данные по температуре воздуха на 53 территории России

1.3. Методы анализа 54

1.3Л. Вычисление тренда и оценка его статистической 54

достоверности

  1. Оценка достоверности коэффициента корреляции 5 5

  2. Авторский Метод объективной классификации 56 годового хода трендов

  3. Авторский индекс сезонной инерционности 59 атмосферы

  4. Терминология различных состояний климата 62 (изменения, изменчивость)

  5. Авторский метод выделения ритмов во временных 64 рядах

ГЛАВА 2. СЕЗОННЫЕ И РЕГИОНАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ 68

КЛИМАТА ЗЕМЛИ

2.1. Изменение зональноосредненных сезонных аномалий 68
температуры воздуха над континентами и аномалий
температуры поверхности океана

  1. Годовой ход и структура аномалий температуры 68 воздуха над континентами и температуры поверхности океана за период от XIX до начала XX века

  2. Статистическая достоверность изменений сезонной 73 структуры аномалий температуры воздуха над континентами и океанами

2.2. Пространственные особенности изменений климата 78
за 1974-2005 г

  1. Тренды среднегодовой температуры 79

  2. Тренды температуры воздуха зимой 86

  3. Тренды температуры воздуха весной 89

  4. Тренды температуры воздуха летом 90

  5. Тренды температуры воздуха осень 91

2.3. Особенности сезонной структуры изменений климата 93

2.3.1. Объективная типизация сезонной структуры трендов 93
за 1920-2005 годы

2.3.2. Районирование территории по заданной сезонной 104
структуре трендов температуры на интервале 1920-

2005 годы

2.3.3. Объективная типизация сезонной структуры трендов 107
за 1974-2005 годы

2.4. Изменчивость климата на Земле 112

  1. Изменчивость климата во времени по оценкам за 112 1945-2004 годы

  2. Изменчивость климата во времени за 1974-2004 годы. 116 Оценки по многолетним трендам в экстремумах разного

знака

  1. Пространственная изменчивость климата на Земле 123

  2. Обобщенные сведения о пространственной 131 изменчивости среднемесячной температуры воздуха над северным полушарием (0-74с.ш.)

  3. Соотношение изменений климата и его 132 пространственной изменчивости

2.5. Практическое использование сведений о меняющемся 136
климате (на примере справочника по климату Чувашской
республики)

2.6. Выводы по главе 2 147
ГЛАВА 3. ВЫДЕЛЕНИЕ ФАКТОРОВ СОВРЕМЕННЫХ 149
ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НАБЛЮДЕНИЙ

3.1 .Сезонно-широтные особенности парникового эффекта и 149

потепления климата на территории России
3.1.1. Условия проявления парникового эффекта 149

3.1.2. Сезонный ход радиационного баланса, трендов 153

температуры воздуха, количества облачности.

3.1.3.Широтный ход радиационного баланса и трендов 158

температуры

  1. Значение облачности в современных изменениях 162 климата России

  2. Сезонные особенности естественных изменений 168 климата

3.2. Континентальность климата и инерционность 171
климатической системы

3.2.1.Параметры годового хода как показатель 171
континентальное регионального климата

  1. Инерционность годового хода температуры как 173 показатель взаимодействия атмосферы и океана

  2. Инерционность годового хода температуры и 174 изменения климата

3.2.4. Инерционность и изменчивость климата 185

3.3. Изменение инерционности климатической системы при 190
внешних воздействиях

  1. Изменение скорости осевого вращения Земли 190

  2. Солнечная активность 192

  3. Возмущения орбитальных характеристик Земли 194

3.4. Выводы по главе 3 197
ГЛАВА 4. ВЫБОР МОДЕЛЕЙ КЛИМАТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ 199
ОЦЕНОК ПРЕДСТОЯЩИХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ

  1. Модели климата, общие сведения 199

  2. Обобщенные оценки точности атмосферно-океанических 205 моделей климата

4.2.1. Оценки моделей CGCM2, ЕСНАМ4, HadCM3 206

  1. Оценки обобщенной модели SUM 208

  2. Пространственные особенности ошибок моделей 209 климата в точках метеорологических станций мира

  1. Оценки точности моделей климата по территории России 212

  2. Оценки точности моделей на региональном уровне (на 217 примере Московского региона)

4.5. Выводы по главе 4 224
ГЛАВА 5. ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА НА ОСНОВЕ 225
ЭМПИРИКО-СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

5 Л.Проблемы метеорологических прогнозов большой 225

заблаговременности

  1. Прогностические свойства атмосферных процессов по 226 результатам синоптических исследований

  2. Прогностические свойства атмосферных процессов по 231 результатам статистических исследований

  3. Долгосрочное прогнозирование за рубежом и в России 233

5.2. Ритмы в атмосфере 237

  1. Сезонный частотный фильтр ритмов 237

  2. Прогностические свойства ритмов 246

5.3. Статистическая модель для долгосрочного 249
метеорологического прогноза на основе ритмов с учетом
периодической нестационарности

5.3.1. Физические основы для долгосрочного 251
прогнозирования

5.3.2. Авторский метод прогноза 253
5.3.3.Оценки точности сезонных прогнозов с годовой 258

заблаговременностью

5.3.4. Сезонные особенности ритмов 272

5.4. Статистическая модель изменений климата на основе ритмов 274

  1. Применение статистической модели 274

  2. Сравнение ошибок статистической модели климата с 281 обобщенной атмосферно-океанической моделью глобального климата

  3. Модель климата на основе совмещения атмосферно- 283 океанической модели климата и статистической

модели ритмов

5.4.4. Оценки ошибок прогноза погодичных изменений
климата Северного полушария с заблаговременностью
до 20 лет на основе совмещения статистической
модели ритмов и атмосферно-океанической модели
климата

5.4.5. Оценки тенденций изменения климата Северного 288
полушария на период до 2025 года

5.5. Выводы по главе 5 293
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 295
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 310

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ВМО - Всемирная метеорологическая организация

ГТК -гидротермический коэффициент

ETC -Европейская территория СССР

МГЭИК - международная группа экспертов по изменению климата

ООН - Организация объединенных наций

CGCM2 - вторая версия модели климата Канадского центра (Canadian Centre

for Climate Modelling and Analysis и Geophysical Fluid Dynamics

Laboratory) ECHAM4 - четвертая версия модели климата института метеорологии

им.Макса Планка (Max-Planck-Institut fur Meteorologie) ECHAM4/OPYC3 - четвертая версия модели климата института

метеорологии им.Макса Планка (Max-Planck-Institut fur

Meteorologie) с океаническим блоком под названием OPYC3 ЕСНАМ5 - пятая версия модели климата института метеорологии им .Макса

Планка (Max-Planck-Institut fur Meteorologie) HadCM - Hadley Centre of the United Kingdom Meteorological Office HadCM3 - третья версия модели климата климатического центра

Великобритании (Hadley Centre for Climate Prediction and Research) HadCM4 - четвертая версия модели климата климатического центра

Великобритании (Hadley Centre for Climate Prediction and Research) ГРСС - Intergovernmental Panel on Climate Change MR - статистическая модель на основе ритмов NCDC - National Climatic Data Center Asheville, North Carolina SRES - сценарий климата Special Report on Emissions Scenarios SUM - обобщенная динамическая модель климата

Введение к работе:

Актуальность темы

Факты об изменении климата последних десятилетий уже не оставляют сомнений в том, что климат изменяется и это происходит с нарастающей скоростью. Влияния изменений климата на экономику и жизнедеятельность человека становятся все более заметными. Несмотря на то, что вопрос о причинах современного глобального потепления не является до конца решенным, в исследованиях многих ведущих климатологов мира делается вывод об антропогенном характере потепления, связанного с ростом концентрации СО2, метана и других парниковых газов в атмосфере. Признание антропогенного фактора в качестве главной причины изменения климата означает, что человечество в своем развитии достигло потенциала, способного создавать крупномасштабные и необратимые изменения в климатической и экологических системах Земли. Совместно с естественными колебаниями климата эти изменения проявляются, как на глобальном и региональном уровнях, так и на континентально-океаническом взаимодействии.

Изменения климата могут оказывать как позитивное, так и негативное влияние на естественные и социально-экономические системы, однако, по многим оценкам, отрицательные последствия в большинстве регионов Земли могут оказаться доминирующими.

Угроза необратимости происходящих современных изменений глобального и регионального климата с их негативными последствиями, недостаточная изученность причин и пространственно-временных закономерностей происходящих изменений климата, а также связанная с этим неопределенность в планировании стратегических мер по ослаблению изменений климата делает тему диссертации актуальной.

Проблема изменений климата становится одной из важнейших проблем мировой политики и обсуждается на самом высоком уровне. В июне 2007г. на саммите «большой восьмерки» одним из главных был вопрос о борьбе с парниковым эффектом и о сокращении выброса углекислого газа в атмосферу. Государства-участники саммита взяли на себя обязательства существенно сократить выброс парниковых газов в атмосферу. Высказана необходимость дальнейших обсуждений проблемы климата в рамках ООН. В сентябре 2007г. на саммите Азиатско-тихоокеанского экономического сотрудничества признана необходимость принятия мер, для того, чтобы «замедлить, остановить и затем повернуть обратно» процесс глобального потепления климата путем ограничения энергопотребления и сокращения выбросов парниковых газов в атмосферу, несмотря на сопутствующие этому неизбежные задержки темпов экономического развития многих стран. Присуждение Нобелевской премии 2007 г. группе МГЭИК за исследования в области антропогенного воздействия на климат значительно поднимает престижность проблемы.

Цель работы

Описание совокупности региональных и сезонных различий в современных изменениях климата, выявление основных составляющих физического механизма формирования пространственных и сезонных особенностей изменений климата в период интенсивного глобального потепления и разработка статистической модели прогноза его изменений до 2025г.

Для достижения цели решались следующие задачи:

Разработка методики проведения статистической обработки данных о состоянии климата Земли для выявления вклада антропогенного и естественных факторов в изменения климата на основе всестороннего анализа «экспериментов» поставленных самой природой в разных сезонах, регионах и во времени.

описание глобальных, региональных и сезонных особенностей изменения климата за весь период инструментальных гидрометеорологических наблюдений и, особенно, в последние десятилетия.

оценка изменений климата в различных физико-географических условиях формирования радиационного баланса. Выделение парникового эффекта при наличии и отсутствии облачности.

оценка многолетних изменений крупномасштабного теплового взаимодействия отдельных компонент климатической системы;

описание физико-статистической зависимости между изменениями и изменчивостью климата;

построение статистической модели климата с целью оценок его состояния на ближайшую перспективу.

Объектом исследования являлись современные изменения глобального и регионального климата.

Соотношения между антропогенными и естественными факторами менялись за последнее столетие, что определяло соотношение глобальных и региональных изменений климата. В этой связи пространственная и сезонная структура и крупномасштабные факторы изменений климата в период интенсивного глобального потепления являются основным предметом защиты. При этом рассматриваются изменения и изменчивость климата, строится статистическая модель предстоящих изменений климата.

Научная новизна результатов.

Впервые по данным до 2005 года изучены региональные изменения структуры годового хода температуры воздуха на континентах в связи с изменениями глобального климата и показана зависимость этих изменений от географической широты и удаленности от океана.

Автором предложена методика объективной классификации сезонной структуры трендов температуры воздуха в различных регионах.

Предложен индекс сезонной инерционности атмосферы, который косвенно оценивает крупномасштабное взаимодействие атмосферы с океаном. Впервые обращено внимание на изменение инерционных свойств климатической системы, определяющих некоторые особенности последующих изменений и изменчивости климата.

На основе анализа индекса инерционности атмосферы впервые показана многолетняя тенденция ослабления крупномасштабного теплового взаимодействия атмосферы и океана, сопровождающаяся ослаблением демпфирующего влияния океана на антропогенное потепление климата. Получено косвенное подтверждение наличия океанической и парниковой составляющих в изменениях глобального климата.

Впервые дано объяснение причин усиления изменчивости и экстремальности климата. Описаны региональные и сезонные особенности межгодовой и пространственной изменчивости климата и показано, что изменчивость климата возросла на континентах в районах ослабления влияния океана на атмосферу.

Получены количественные оценки вклада изменений облачности в общую дисперсию температуры воздуха на различных внутригодовых интервалах с детализацией по пятидневкам и показано, что увеличение количества облачности, обусловленное усилением циклоничности в последние десятилетия на территории России, способствовало дополнительному потеплению климата в холодное полугодие (парниковый эффект облачности) и ослаблению потепления в теплое полугодие (экранирующий эффект).

Впервые показано влияние парниковых газов на тренды температуры в безоблачной сухой атмосфере. Получены оценки трендов многолетних изменений температуры воздуха не связанных с изменениями количества облачности и влажности воздуха.

Впервые показано, что антропогенная составляющая потепления климата наиболее заметна в таких физико-географических условиях, при которых естественный радиационный баланс у земли близок к нулю или отрицательный.

Совокупность представленных результатов впервые описывает основные составляющие физического механизма формирования пространственных и сезонных особенностей современных изменений климата.

Разработана статистическая модель изменений климата, которая на предстоящие 20 лет описывает климат точнее, чем динамические модели.

Практическая значимость полученных результатов.

С учетом результатов анализа изменений современного климата разработана структура региональных климатических справочников для условий меняющегося климата, подготовлены и изданы (в соавторстве) региональные справочники по четырем субъектам федерации (Калужская и Самарская области, Чувашская Республика, Татарстан) и для семи субъектов справочники подготовлены в электронном виде на компьютерных дисках (Смоленская, Тульская, Ульяновская, Брянская, Саратовская, Ивановская и Орловская области).

Статистическая модель регионального климата, разработанная автором диссертации, использовалась в Федеральном государственном унитарном геологическом предприятии «Гидроспецгеология» (Министерство природных ресурсов РФ) для годового и сезонного прогнозирования региональной активности опасных экзогенных геологических процессов с 2002 по 2007 год при ведении государственного мониторинга состояния недр в различных регионах Российской Федерации. Составленные прогнозы позволили предсказать ряд активизаций опасных экзогенных геологических процессов на Кавказе и в других регионах.

Результаты исследований изменений климата и комплексного применения различных моделей климата Земли использованы при выполнении НИР Росгидромета №: 1.2.6.10 (2001г); 3.1.38 (2004г); 2.1.1.6, 1.3.2.19, 1.3.3.21, 1.3.4.23, 1.3.4.24 (2005-2007гг.), Федеральных целевых программ "Предотвращение опасных изменений климата и их отрицательных последствий" (2001-2002гг.) и «Мировой океан» (2003-2006гг.)

Многолетняя работа в области статистической обработки и анализа метеорологической информации способствовали подготовке Программы учебного курса для ВУЗов «Методы статистической обработки и анализа гидрометеорологических наблюдений», утвержденная министерством образования РФ. (Авторы А.А. Исаев, Б.Г. Шерстюков. Программа дисциплины «Методы статистической обработки и анализа гидрометеорологических наблюдений». -Министерство образования РФ, Учебно-методическое объединение по классическому университетскому образованию. Учебно-методическое обеспечение специальностей 012700-Гидрология, 012800-Океанология. Москва, 2002, с.126-131).

Исходные данные, методы исследования, достоверность и обоснованность результатов

В работе использовались результаты наблюдений на гидрометеорологических станциях Северного и Южного полушарий Земли за весь период имеющихся регулярных наблюдений. В связи с малочисленным количеством длиннорядных станций для анализа климата начала ХХ века использовались только обобщенные данные. Более подробный пространственно-временной анализ проводился по станциям Земли и особенно Северного полушария, начиная с 1920 года. Достаточно полная сеть станций (более 11000) использовалась для анализа изменений климата с 1970-х годов по 2005 год.

Для обработки применялись классические методы статистического анализа и оценки достоверности полученных результатов, а также методы предложенные соискателем. Визуализация пространственных результатов выполнена на основе геоинформационной системы.

На защиту выносятся:

  1. Пространственные и сезонные закономерности изменений и изменчивости климата в период интенсивного глобального потепления.

  2. Оценка величины тренда антропогенных изменений климата в зависимости от физико-географических условий формирования радиационного баланса.

  3. Оценка парникового эффекта в трендах температуры при безоблачной сухой атмосфере

  4. Индекс инерционности атмосферы.

  5. Временные закономерности ослабления крупномасштабного теплового взаимодействия атмосферы и океана (по косвенным данным)

  6. Соотношения между сезонной инерционностью атмосферы, изменениями и изменчивостью климата.

  7. Статистическая модель изменений климата.

В настоящей работе представлены научные результаты, полученные лично автором при выполнении исследований по проблеме изменений климата за период с начала 1970-х годов по настоящее время.

Апробация результатов диссертации

Материалы исследований докладывались и получили положительную оценку на Международных, Всесоюзных и Всероссийских научных конференциях, на семинарах учреждений Росгидромета и университетов России:

1-е Всесоюзное совещание "Солнечно-атмосферные связи в теории климата и прогнозов погоды". (Москва, 1972г).

Пятое Всесоюзное совещание "Применение статистических методов в метеорологии". (Казань 1985г.).

Всесоюзная конференция "Космос и метеорология". (Москва,1985г.)

International Symposium "Relation of Climatic Variability biological and Physicochemical Processes with Solar activity and other environmental factors". (Pushcino, 1993г.)

Всероссийская научная конференция по результатам исследования в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды. (Москва, 1996г.)

Всероссийская Конференция "Атмосфера и здоровье человека". (С.-Петербург, 1998г.)

Международная конференция "Экспедиционные исследования мирового океана и океанографические информационные ресурсы. (Обнинск, 1998г)

Совещание представителей УГМС России по проблеме долгосрочных прогнозов погоды и обслуживания потребителей гидрометеорологической информации. ГМЦ России. (Москва, 1998г.)

Международная научно-практическая конференция «Проблемы гидрометеорологии и экологии». (Алматы, 2001);

Форум «Великие реки». (Нижний Новгород 2001, 2002, 2007гг.)

Всемирная конференция по изменению климата. (Москва, 2003г.)

5th AMS Symposium on Fire and Forest Meteorology joint with 2nd International Wildland Fire Ecology and Fire Management Congress. (Orlando, Florida, 2003)

Международная конференция, посвященная 95-летию со дня рождения П.И.Мельникова «Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения». (Пущино, 2003г.)

Вторая открытая Всероссийская конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса” (Москва, 2004)

Всероссийская научная конференция, посвященная 200-летию Казанского университета «Современные глобальные и региональные изменения геосистем». (Казань, 2004).

16th Symposium on Global Change and Climate Variations. (San Diego, California, USA, 2005)

First CliC International Science Conference. (Beijing, China, 2005)

Совещание по международному проекту NEESPI. (AGU Fall, Meeting, an San Francisco, USA, 2006)

Конференция по гидрометеорологической безопасности (Москва 2006)

7-й Международный конгресс «Вода: экология и технология», ЭКВАТЭК-2006. (Москва, 2006);

Межведомственный научный семинар "Глобальные изменения природной среды". Географический факультет МГУ и Секция наук об окружающей среде РАЕН. (Москва, 2007г.)

Международная научно-практическая конференция «Геоситуационный анализ» посвященная 75-летию кафедры экономической географии и регионального анализа Казанского государственного университета. (Казань, 2007г.)

Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы современной гидрометеорологии и геоэкологии». (Ростов-на-Дону, 2007г.).

VII научно-практическая конференция «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан». (Казань, 2007).

Всероссийская научная Конференция "Природно-ресурсный потенциал Республики Татарстан и сопредельных территорий" (Казань, 2007).

Результаты докладывалась также на семинаре в Институте метеорологии им. Макса Планка в Гамбурге (Германия), где автор проходил стажировку (2003 год), на семинаре метеослужб Евросоюза (2005 год) в Нюрнберге (Германия) и на заседании группы Экспертов ВМО по верификации прогнозов (Токио, 2005г).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 58 научных работ. В том числе 14 работ опубликовано в журналах, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций, а шесть работ являются коллективными монографиями, из них в четырех соискатель является первым автором.

Структура и объем диссертации

Подобные работы
Швень Наталья Ивановна
Особенности режима ветра на территории Украины и их связь с глобальными изменениями атмосферной циркуляции и другими факторами
Вишнякова Татьяна Викторовна
Индикация тепло-влагообеспеченности по радиальному приросту деревьев применительно к исследованиям изменения климата отдельных регионов России
Белолуцкая Марина Арнольдовна
Влияние изменения климата на вечную мерзлоту и инженерную инфраструктуру Крайнего Севера
Чередниченко Александр Владимирович
Тенденции изменения климата и динамика загрязнения воздушного бассейна Казахстанского Алтая
Титкова Татьяна Борисовна
Изменение климата переходных природных зон Русской равнины
Салахова Рауиле Халимуловна
Многолетние изменения климата крупных городов Среднего Поволжья
Александров Веселин Аврамович
Колебания и изменения климата и их влияние на экосистемы юго-восточной и центральной Европы, а также юго-восточных районов США
Рубинштейн Константин Григорьевич
Моделирование общей циркуляции атмосферы для исследований изменения климата и переноса примесей
Билтуева Евгения Борисовна
Ландшафты Баргузинской котловины: структура и особенности антропогенного изменения
Пирумова Елена Ивановна
Особенности пространственно-временных изменений минерализации и компонентов солевого состава воды р. Дон в нижнем течении

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net