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.
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.
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).
| ||||
|