WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Cреднее Авторы R2 тренд /Xср значение Малинин, Гордеева, 0,96 1,79 10,40 170,17 0,Шевчук, Church et. al., 2006 0,97 1,65 9,09 166,93 0,Jevrejeva et. al., 2006 0,94 1,89 13,77 167,73 0,Таким образом, выявлены станции с многолетними наблюдениями за морским уровнем, обеспечивающие минимальную ошибку восстановления УМО с достаточной для практических целей точностью. А результаты сравнения сделанных выше расчетов с расчетами других авторов свидетельствуют, что выполненная автором реконструкция УМО является весьма точной, отражает общие закономерности его межгодовых колебаний и совместима с аналогичными данными других авторов. Однако принципиальное ее отличие заключается в том, что оценки УМО могут быть получены по регрессионной модели с малым числом станций.

В разделе 1.3 «Изменчивость уровня Мирового океана по альтиметрическим данным» рассмотрен межгодовой ход УМО за период 1993-2008 гг., построенный по среднемесячным альтиметрическим данным с изомаршрутных спутников Topex/Poseidon и Jason-1 с учетом поправки обратного барометра в университете Колорадо. Главной его особенностью является наличие ярко выраженного тренда, равного Tr=3,2±0,4 мм/год, который после исключения поправки на гляциоизостатический эффект поверхности океанов, становится равным Tr=2,9±0,4 мм/год.

Выполнено совмещение УМО по альтиметрическим и береговым наблюдениям, которое возможно двумя простыми способами. Первый – по совмещению средних значений двух рядов. Второй способ заключается в построении модели регрессии между альтиметрическим и футшточным рядами УМО.

В итоге показано, что второй способ по существу представляет собой тренд, свойственный футшточному ряду УМО за период 1993-2005 гг., в то время как первый способ и соотношение Хс = 258 + Хальт, связывающее альтиметальт рические и футшточные данные, можно рассматривать в виде основы для построения мониторинга УМО по спутниковой информации.

Глава 2 «Факторы формирования уровня Мирового океана и их анализ».

В разделе 2.1 «Эвстатические изменения уровня океана как интегральный индикатор глобального водообмена» показано, что УМО отражает процессы перераспределения природных вод в гидросфере, представляющей сплошную оболочку Земли, содержащую воду во всех агрегатных состояниях в пределах Мирового океана, криосферы, литосферы и атмосферы и принимающую непосредственное участие в планетарном круговороте влаги. Поэтому эвстатические колебания УМО можно рассматривать как интегральный индикатор глобального водообмена.

Раздел 2.2 «Эвстатические колебания уровня Мирового океана» посвящен исследованию эвстатических колебаний УМО. В частности в подразделе 2.2.1 «Вертикальный влагообмен в системе океан-атмосфера» рассматривается глобальный гидрометеорологический архив СDAS, являющегося частью системы «ретроспективного» анализа» (реанализа) NOAA NCEP/NCAR Reanalysis (Kalnay et al., 1996) и находящий в свободном доступе в сети Интернет, из которого заимствованы поля среднемесячных значений испарения, осадков и их разности Еэф=Е–Р (эффективное испарение) над акваторией Мирового океана (МО), исключая Северный Ледовитый океан. Затем было осуществлено осреднение исходных данных по пятиградусным трапециям акватории МО, что позволило сократить число узлов с 15965 до 1305.

В качестве основного периода исследования выбран промежуток с по 2005 гг., характеризующийся особенно резким потеплением глобального климата. Для каждого из трех океанов рассчитаны зонально-осредненные значения испарения, осадков и эффективного испарения, которые затем дополнительно усреднены для отдельных океанов и МО в целом. Установлено, что в межгодовом ходе испарения и осадков присутствует сильный положительный тренд, который над МО в осадках составляет 4,2 мм/год, а для испарения – 3,мм/год. Главной причиной их формирования является интенсивное потепление климата в рассматриваемый период времени, которое характеризуется трендом в глобальной температуре воздуха равным Tr = 0.18 оС T/10лет. Показано, что корреляция глобальной температуры воздуха с рядами испарения и осадков для МО, составляет соответственно rE,Т = 0,82 и rP,Т = 0,80.

Поскольку количество выпавших осадков над МО растет быстрее испарения, то тренд в эффективном испарении оказывается отрицательным (рис. 2).

Наибольшая величина его отмечается для Атлантического и Индийского океанов. Для Тихого океана тренд незначим по критерию Стьюдента. Величина тренда в межгодовом ходе эффективного испарения для МО в целом составляет Tr = –0,6 мм/год. Итак, уменьшению эффективного испарения на 0,6 мм/год соответствует увеличение УМО на 0,6 мм/год или на 217 км3/год. Поскольку общий тренд УМО за рассматриваемый промежуток времени составляет около 2,мм/год, то вклад эффективного испарения в изменения УМО достигает 25 %.

40 см Еэф = -0,06t + 2 R = 0,годы 1980 1985 1990 1995 2000 Рисунок 2 – Межгодовой ход эффективного испарения над отдельными океанами за период 1980-2006 гг. в см/год. (1 – Атлантический, 2 – Индийский, 3 – Тихий, 4 – Мировой океан) Межгодовая изменчивость испарения и осадков над отдельными океанами и МО в целом примерно одинакова и невелика, коэффициент вариации составляет С=0,2–0,4. Существенно более высокой оказывается изменчивость Еэф, так как его средние значения существенно меньше средних значений Е и Р.

Самый большой коэффициент вариации отмечается для Тихого океана (С=0,42). Для МО в целом С=0,10. Заметим, что он значительно больше коэффициента вариации притока пресных вод к МО (С=0,02).

Далее построена диагностическая модель оценки внутригодовых изменений уровня hМ, определяемых по центральным разностям, в зависимости от Еэф в узлах сеточной области Мирового океана (2) hM = a0 + a1Eэф1 + a2Eэф2 + K + a10EэфС помощью данной модели легко вычислить оценки hМ, а затем значения среднего годового УМО как hМ(i+1)= hМ(i-1) + 2hМi, межгодовой ход которого приведен на рисунке 3.

330 мм 270 уровень годы 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Рисунок 3 – Изменения УМО за период 1981-2006 гг., рассчитанные по различным вариантам (5, 8 и 10 предикторов) модели (2) по данным об эффективном испарении с поверхности океанов В подразделе 2.2.2 «Приток пресных вод к океану. Айсберговый сток» по литературным данным рассмотрен приток пресных вод к океану и айсберговый сток.

В разделе 2.3 «Стерические колебания уровня Мирового океана» показано, что за период с 1955 по 2003 год, подъем уровня из-за термического расширения в слое 0-700 м Мирового Океана составляет приблизительно 0.33 мм/год.

Причем наибольшее влияние на термическое расширение оказывает нагрев Атлантического океана, который описывает примерно половину данной величины.

В разделе 2.4 «Сравнительный анализ вклада разных факторов в рост уровня Мирового океана в конце XX столетия» представлены последние оценки вклада различных факторов в колебания УМО по данным четвертого доклада МГЭИК за 1961-2003 и 1993-2003 гг. Показано, что точность многих оценок является весьма низкой. В последнее десятилетие отмечается резкое увеличение вклада всех факторов. В частности, в 4 раза возросли вклады стерической компоненты и гренландского ледяного щита, причем по абсолютной величине преобладает вклад термического расширения вод океана, который составляет половину роста УМО по данным альтиметрических наблюдений. Изменения массы льда Антарктиды за период 1961-2003 гг. определены с ошибкой в 3 раза превышающей саму оценку. Поэтому величина невязки (дисбаланса), равная 1,4 мм/год, превышает вклад любого из факторов. Еще больше дисбаланс за период 1993-2003 гг. (2 мм/год). Рост УМО эксперты объясняют плотностными изменениями толщи вод океана, колебаниями таяния как горных ледников, так и ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии. Однако, таяние горных ледников, которое действительно весьма существенно, может давать непосредственный вклад в изменения УМО только с ледников, расположенных на островах в Северном Ледовитом океане и территории Аляски. Горные ледники, находящиеся в Европе, Азии, Африке и Ю. Америке, могут влиять на УМО, очевидно, только через приток речных вод к океану. Поэтому вряд ли имеет смысл непосредственно учитывать их вклад в тренд УМО (Малинин, 2009). Как известно, тренд в притоке материковых вод к МО отсутствует. Отсюда следует, что оценки вклада горных ледников в колебания УМО являются многократно преувеличенными. Кроме того, экспертами МГЭИК не учитывается вклад в УМО изменения вод литосферы.

Поэтому был выполнен сравнительный анализ вклада разных факторов в рост уровня Мирового океана в конце ХХ в. (1980-1999 и 1990-2000 гг.) на основе уравнения пресноводного баланса океана (табл. 2). Установлено, что полученные невязки существенно меньше аналогичных ошибок, полученных экспертами МГЭИК на основе изменений содержания воды в криосфере и литосфере.

Таблица 2 – Оценка вклада разных факторов в изменения УМО за различные промежутки времени ХХ столетия Период времени 1980-1999 гг. 1990-2000 гг.

По данным наблюдений 1,9 2,Вертикальный влагообмен (Р–Е) 0,5 0,Стерические колебания 0,2 0,Твердый сток Антарктиды 0,6 1,Донное таяние шельфовых ледников 0,3 0,Суммарный сток Гренландии 0,1 0,Невязка (дисбаланс) 0,2 -0,Глава 3 «Возможные изменения уровня Мирового океана в ближайшие десятилетия». В разделе 3.1 «Сценарии возможных изменений климата в XXI в. и их влияние на уровень Мирового океана» показано, что УМО можно рассматривать в качестве индикатора изменений климата.

В разделе 3.2 «Влияние межгодовых колебаний температуры воздуха на уровень океана» по литературным данным показаны связи между значениями УМО и аномалиями температуры воздуха, сделанные разными авторами в разное время. Выявленные связи подтверждаются высокими коэффициентами корреляции 0,80–0,95 при запаздывании температуры воздуха относительно УМО на 18, 19, 20, 30 лет. Очевидно, в этих случаях рост УМО может быть связан с «медленными» изменениями эвстатической и стерической компонент, т.е.

с изменениями массы ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии, а также повышением температуры воды в толще вод океана. В разделе 3.3 «Физикостатистическая модель прогноза межгодовых колебаний уровня Мирового океана» на основе аномалий приповерхностной температуры воздуха (ПТВ) из архива HadCRUT3 за период с 1850 года и обновляемый каждый месяц по намм / год Мирового океана, Изменение уровня стоящее время построена физико-статистическая модель прогноза межгодовых колебаний УМО.

С этой целью вначале был сформирован новый архив, который содержит только узлы, находящиеся непосредственно над акваторией океана и имеющие минимальное число пропусков. В результате из 2592 точек в новый архив вошло 196. Длина исходной матрицы значений температуры воздуха составила 107 (1901-2007 гг.) лет, а длина зависимой выборки n=99 (1901-1999 гг.).

Большая их часть охватывает прибрежные районы вдоль всех материков земного шара и северную часть Атлантического океана, причем в южном полушарии их менее 20 %. В качестве функции отклика использовался рассчитанный УМО на основе футшточных (береговых) наблюдений за 1901-1999 гг..

Прогностическая регрессионная модель средних годовых значений УМО в зависимости от аномалий среднегодовой температуры воздуха над океаном имеет вид hУMОi = f(T1(i-), T2(i-),…, Tm(i-)), i=1,m, (3) где – сдвиг в годах, m – число исходных точек (m=196).

Непосредственное применение к исходной матрице ПТВ метода включения переменных позволило осуществить расчет полного комплекса пошаговых моделей для сдвигов от =0 до =33 лет до последнего шага, на котором все включаемые в модель предикторы еще являются значимыми. Таким образом, общее число моделей составило более 500. Наиболее сложным моментом сравнения моделей является оценка точности их по стандартной ошибке y(x). Это связано с явной нестационарностью ряда УМО. Действительно, к последнему сдвигу длина ряда уменьшается от n=99 до n=66 значений. Из-за мощного тренда выборочные оценки средней и стандартного отклонения сильно изменяются. Так, для исходного ряда стандартное отклонение составляет УМО = 53,05 мм/год, а при сдвиге =33 лет УМО = 38,29 мм/год. Для устранения влияния нестационарности функции отклика введен коэффициент эффективности модели =y(x)/УМО. Самый высокий коэффициент эффективности отмечается на 15 шаге для сдвига =21 г., на котором он равен =0.25. Поэтому примем его за основу при анализе прогностических оценок УМО.

Из сравнения моделей для различных сдвигов следует, что уже на первом шаге включаемая переменная описывает 52-70% дисперсии функции отклика.

При этом почти на всех сдвигах (в 30 случаях из 34) первой переменной является точка с координатами 32,5° с.ш. и 137,5° в.д., расположенная вблизи побережья Японии.

В разделе 3.4 «Прогностические оценки уровня Мирового океана на ближайшие десятилетия» представлены результатам построения прогностических моделей для основного сдвига =21 год. Приводится распределение статистических параметров до 19 шага включительно. Исходные данные ПТВ позволяют рассчитать прогностические значения УМО на 29 лет вперед, т.е. на 2000-гг. На рисунке 4 представлены его значения для всех 19 шагов за независимый период 2000-2028 гг. Весьма важно, что разброс прогностических оценок уровня на каждый год относительно невелик и составляет в среднем около 4,5 см.

При этом максимальный разброс оценок отмечается в 2003 г. (разброс 7 см), а минимальный – в 2011 г. (разброс 2 см). Принимая во внимание данное обстоятельство, очевидно, вряд ли имеет смысл придавать значение конкретным оценкам прогностических значений УМО и вполне достаточно ограничиться лишь величиной тренда (Tr).

400 мм годы 2000 2005 2010 2015 2020 2025 Рисунок 4 – Прогностические значения УМО за период 2000-2028 гг., рассчитанные по модели (4) при запаздывании уровня на 21 год для различных шагов от m=1 до m=19. Жирная линия – осредненная кривая по 19 моделям УМО На первом шаге Tr=2,6 мм/год, затем вплоть до 13 шага его величина Tr3,0 мм/год с максимумом на 3 шаге (Tr=3,8 мм/год). После этого до 19 шага тренд медленно убывает до Tr=2,8 мм/год. Величина тренда по осредненной кривой для 19 моделей равна Tr=3,1 мм/год. Таким образом, результаты расчетов свидетельствуют, что в ближайшие годы следует ожидать сравнительно быстрого роста УМО.

В разделе 3.5 «Адаптивная модель прогноза сезонной изменчивости УМО по альтиметрическим данным» обсуждаются их закономерности на основе данных университета Колорадо (США) за период 1993-2008 гг. При этом рассмотрены две прогностические модели сезонных колебаний УМО: детерминированная модель в виде суммы тренда и годовой гармоники УМО и адаптивная модель линейного роста с аддитивной сезонностью.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»