Scientific.ru
Новости науки
14.01.02. Роль случайности в закономерности изменений климата.

Погода - вечная тема для разговоров, а метеорологи - вечная мишень для издевок. Тем не менее, человечество ждет от ученых ответа на вопрос, грядут ли резкие изменения климата и чем они могут быть вызваны. Существующие модели еще недостаточно совершенны, однако они уже позволяют в общих чертах описать механизмы, вызывающие резкие изменения климата.

  ab-gl-c1.gif
Рис.1. Изменение средней температуры в районе Гренландии (правая шкала, K), оцененное по данным о временной эволюции содержания 18O в льдах Гренландии (левая шкала, промилле).
 

Палеоклиматические исследования дают основания утверждать, что в прошлом, в том числе и в совсем недавнем - в масштабах истории Земли - достаточно часто происходили резкие изменения климата. В частности, в ледниковом периоде неоднократно случались резкие потепления - периоды продолжительностью несколько сотен лет, когда средняя температура увеличивалась на несколько градусов. О подобном поведении климата в Северной Атлантике свидетельствуют исследования образцов льда из ледников Гренландии (рис.1). Из рисунка видно, что (за исключением последних десяти тысяч лет) в течении ста тысяч лет довольно часто происходили быстрые ощутимые повышения температуры. В чем же причина такой нестабильности климата, вызваны ли его изменения случайными или периодическими процессами? Ответ на этот вопрос пытаются дать немецкие ученые [2].

Ученые из Потсдама разработали модель взаимодействия океана с атмосферой, учитывающую уровень солнечного освещения, содержание CO2 в атмосфере, расположение континентальных льдов и т.д. Для условий ледникового периода моделирование показывает, что циркуляция воды в Атлантическом океане могло происходить в устойчивом и слабо неустойчивом режимах (основное и возбужденное состояние системы, соответственно). Переключения между этими состояниями вызывались по предположению ученых изменением солености морской воды в Северной Атлантике, связанном с увеличением или уменьшением притока пресной воды (= количество выпадающих осадков плюс приток речной воды минус испарение) в океан. Если уменьшение притока пресной воды превышало порог чувствительности системы, происходила смена режима циркуляции воды в Атлантике - начиналась конвекция в северных морях и происходило продвижение теплых океанических течений в эту область (рис.2), что вызывало повышение средней температуры на несколько градусов. Период потепления продолжался несколько сотен лет, после чего происходило быстрое понижение температуры и система возвращалась в основное состояние.

  ab-gl-c2.jpg
Рис.2. Схематическое изображение двух состояний климата ледникового периода; внизу - основное (холодное) состояние; вверху - возбужденное состояние (потепление). Контуры на верхнем рисунке показывают изменение температуры воздуха у поверхности Земли относительно основной стадии (в кельвинах). Поверхностное океаническое течение показано красным, глубоководное - голубым.
 

Исследователи предположили сначала, что изменение притока пресной воды - случайный процесс. При моделировании под влиянием флуктуаций притока пресной воды действительно наблюдались переходы системы в возбужденное состояние (потепления), в котором она находилась несколько сотен лет, однако распределение длительности интервала между двумя последовательными потеплениями не совпадало с палеоклиматическими данными. Гораздо лучше удавалось описывать поведение климата в предположении, что на флуктуации накладывается слабая периодическая модуляция притока пресной воды с периодом 1500 лет. Хотя само по себе слабое циклическое изменение не способно вызвать перехода системы из основного состояния в возбужденное, однако вероятность того, что флуктуации вызовут такое изменение увеличивается, когда приток воды достигает минимума. Явления, когда при превышении определенного порогового уровня воздействия система переходит из одного состояния в другое, встречаются достаточно часто. Если подобный переход происходит под влиянием достаточно сильного шума, накладывающегося на слабый периодический сигнал, то такое явление называется стохастическим резонансом. Остается не до конца ясным вопрос о том, какова природа периодичности изменения притока пресной воды. Ученые полагают, что скорее всего причина кроется в изменении солнечной активности.

Применительно к сегодняшним условиям моделирование дает достаточно близкий к реальности климат, при этом никаких резких изменений температуры не происходит; система имеет два стабильных состояния и не чувствительна к вышеописанным воздействиям. Вывод утешительный, хотя нужно понимать, что эта модель (как и другие) несовершенна и не учитывает влияние человеческой деятельности на климат.

1. R.B.Alley, S.Anandakrishnan, and P.Jung. Paleoceanography, v.16, 190 (2001).

2. Andrey Ganopolski and Stefan Rahmstorf. Phys.Rev.Lett. v.88, 038501 (2002).

Е.Онищенко.

Обсудить на форуме


На главную страницу