WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

УДК 551.461.22 : 551.583 ШЕВЧУК ОЛЕГ ИГОРЕВИЧ МЕЖГОДОВАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ УРОВНЯ МИРОВОГО ОКЕАНА В СОВРЕМЕННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ Специальность 25.00.28 – «Океанология»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург 2009

Работа выполнена в Российском государственном гидрометеорологическом университете (РГГМУ)

Научный консультант:

доктор географических наук, Малинин Валерий Николаевич профессор

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, Смирнов Николай Павлович профессор доктор географических наук Добровольский Сергей Гавриилович

Ведущая организация: Арктический и антарктический научноисследовательский институт (ААНИИ)

Защита состоится " 24 " декабря 2009 г. в 15 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.197.02 в Российском государственном гидрометеорологическом университете по адресу: 195196, Санкт-Петербург, Малоохтинский проспект, 98, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета.

Автореферат разослан " " ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук В.Н. Воробьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Уровень Мирового океана является важнейшей характеристикой, определяющей как гидродинамические процессы в самом океане, так и характер взаимодействия океана и атмосферы. Изменения уровня Мирового океана тесно связаны с современными колебаниями климата, которые в свою очередь определяют испарение, осадки, стерические колебания. Эвстатические колебания можно рассматривать как индикатор глобального водообмена, перераспределяющего воды гидросферы между отдельными оболочками Земли и, прежде всего, между водами литосферы и криосферы.

Как следует из докладов Межправительственной группы экспертов по изменениям климата (МГЭИК) (IPCC, 2001, 2007), в соответствии с некоторыми сценариями изменений климата, основанными на результатах его численного моделирования, уровень Мирового океана может повыситься на 10—30 см к 2030 г. и в пределах 30-100 см (наиболее вероятно 65 см) к концу столетия. Естественно, если такое развитие изменений климата станет реальностью, то это грозит катастрофическим ущербом для инфраструктуры прибрежных территорий, где проживает около миллиарда жителей Земли. Возможно подтопление крупнейших городов мира: Лондона, Нью-Йорка, Токио, С-Петербурга и др. В зависимости от разных причин темпы и масштабы подъема уровня моря могут значительно превзойти способность антропогенных и естественных систем к адаптации.

Поэтому задача изучения долговременных колебаний уровня Мирового океана и особенно построения систем прогноза уровня Мирового океана в системе океан-атмосфера представляется чрезвычайно актуальной. Эксперты МГЭИК отнесли данный вопрос к числу важнейших проблем современной гидрометеорологии.

Цель работы: изучение межгодовых колебаний уровня Мирового океана и эвстатических факторов его формирования.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Анализ межгодовых колебаний уровня океана за период инструментальных наблюдений.

2. Выявление станций с многолетними наблюдениями за морским уровнем, обеспечивающих минимальную ошибку восстановления уровня Мирового океана (УМО) с достаточной для практических целей точностью и построение статистической модели оценки межгодовых колебаний УМО.

3. Анализ межгодовой изменчивости эвстатических факторов (испарения и осадков) формирования уровня Мирового океана. Построение диагностической статистической модели оценки межгодовых колебаний УМО на основе эвстатических факторов.

4. Сравнительный анализ вклада разных факторов в рост уровня Мирового океана в конце XX столетия.

5. Оценка связи колебаний уровня Мирового океана с приповерхностной температурой воздуха над океаном.

6. Построение физико-статистической модели прогноза межгодовых колебаний уровня Мирового океана на ближайшие десятилетия.

7. Построение адаптивной модели прогноза сезонной изменчивости уровня Мирового океана по альтиметрическим данным.

Материалы и методы. Основой работы являлись несколько глобальных архивов гидрометеорологических данных находящихся в свободном доступе в Интернет:

- футшточные данные об уровне Мирового океана полученные из архива PSMSL (Permanent Service for Mean Sea Level);

- альтиметрические данные центра по хранению, верификации и интерпретации спутниковой океанографической информации (AVISO) и Колорадского центра астродинамических исследований (CCAR) при Колорадском университете со спутников Topex/Poseidon и Jason-1, с пространственным разрешением 1/3°1/3°;

- среднемесячные значения осадков и испарения в узлах первичной широтно-долготной сетки 1.875о1.875о из глобального гидрометеорологического архива СDAS (Climate Data Assimilation System);

- аномалии поверхностной температуры воздуха из архива HadCrut3 с пространственным разрешением 5°5°;

Для выполнения поставленных задач использовался комплекс методов многомерного статистического анализа (МСА), а также теория проверки статистических гипотез и анализ временных рядов.

Научная новизна:

- Впервые построена статистическая модель, обеспечивающая минимальную ошибку восстановления межгодовых колебаний уровня Мирового океана по данным 5 береговых станций с достаточной для практических целей точностью.

- Установлены закономерности межгодовых колебаний УМО за период инструментальных наблюдений.

- Впервые выявлены особенности межгодовой изменчивости испарения, осадков и эффективного испарения над отдельными океанами и Мировым океаном в целом в период интенсивного глобального потепления климата.

- Установлена степень взаимосвязи колебаний УМО с температурой воздуха над его акваторией.

- Впервые построена физико-статистическая модель прогноза УМО на ближайшие десятилетия на основе данных о температуре воздуха над его акваторией.

- Впервые построена адаптивная модель прогноза сезонной изменчивости УМО по альтиметрическим данным.

На защиту выносятся:

1. Закономерности межгодовых колебаний уровня Мирового океана за период инструментальных наблюдений.

2. Особенности межгодовой изменчивости эвстатических факторов (осадки, испарение, эффективное испарение) над океанами.

3. Результаты прогнозирования уровня Мирового океана по данным о температуре воздуха над его акваторией на ближайшие десятилетия.

4. Адаптивная модель прогноза сезонной изменчивости уровня Мирового океана по альтиметрическим данным.

Практическая значимость работы. Полученные в работе результаты могут быть использованы при решении задач мониторинга УМО и моделирования климата, а также при разработке долгосрочных прогнозов межгодовых колебаний и сезонного хода УМО.

Личный вклад автора. Подготовка архивов информации, проведение статистических расчетов, выполнение необходимых графических построений, обобщение и анализ результатов.

Апробация работы и публикации. Основные положения и отдельные результаты обсуждались на итоговых сессиях Ученого Совета РГГМУ, 2005 и 2006; на международной школе-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Изменение климата и окружающая среда», РГГМУ, 2005; научном семинаре «Проблемы изменения климата в полярных широтах» в рамках проекта BRIDGE «Keeping it Cool», Университет г. Шеффилда, Великобритания, 2007; международной научно-практической конференции «Географическое образование и наука в России: история и современное состояние», СПБГУ, 2008;

всероссийской научной конференции «Селиверстовские чтения», 2009.

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них 2 статьи в рецензируемых журналах (по перечню ВАК).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и библиографического списка использованной литературы. Объем диссертации составляет 113 страниц, включая 21 таблицу и 34 рисунка. Список литературы составляет 84 наименования, в том числе 43 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цель и задачи исследования.

Первая глава «Колебания уровня Мирового океана в современных климатических условиях по данным наблюдений» посвящена реконструкции и исследованию межгодовой изменчивости уровня Мирового океана.

В разделе 1.1 «Краткий обзор исследований колебаний уровня океана на основе футшточных наблюдений» рассматриваются исследования колебаний уровня океана на основе футшточных наблюдений по литературным данным (Gutenberg, 1941; Fairbridge, Krebs, 1962; Калинин, Клиге, 1972; Дуванин и др., 1957; Клиге 1985; Church et al., 2006; Jevrejeva et. al., 2006 и др.).Показано, что в современную эпоху наблюдается повсеместное повышение УМО.

В общем, в XX в. рост уровня согласно обобщенным оценкам многих исследователей, приведенных в докладе Межправительственной группой экспертов по изменениям климата в 2001 г. составил 1,5–2 мм/год. Темпы роста в последние десятилетия заметно увеличились. В частности за время интенсивного потепления климата с 1985 по 2001 гг. по данным Church et al. (1985 – 2001 гг.) – 3,27 мм/год, Jevrejeva et. al. – 3,68 мм/год.

Раздел 1.2 «Межгодовая изменчивость уровня Мирового океана по данным футшточных наблюдений» посвящен реконструкции и анализу УМО с 1861 – 2005 гг. Разными авторами (Клиге, 1985; Barnett, 1984; Douglas, 1997;

Fairbridge et al., 1962; Gornits et al., 1982) расчет УМО осуществлялся за различные, но не одинаковые промежутки времени. Поэтому было выполнено арифметическое осреднение указанных рядов за общий период с 1901 по 1958 г. Полученный таким образом ряд УМО имеющий довольно короткую длину (рис. 1, линия 1) считался базовым. После этого решалась задача его удлинения: вперед с 1958 г. и назад до 1901 г. С этой целью использовался глобальный архив футшточных (береговых) наблюдений уровня моря – Permanent Service for Mean Sea Level (PSMSL), находящийся в свободном доступе в сети Интернет.

Реконструкция УМО в обе стороны осуществлялась методом пошаговой множественной регрессии, который позволяет последовательно отбирать наиболее значимые факторы и подробно исследовать их статистическую значимость. При этом линейная модель для расчета УМО (hУМО) имеет вид:

m hУМО = b0 + hj b j (1) j=где hj – уровень моря на j станции; m – число станций в модели.

В состав предикторов была включена 21 станция, длина наблюдений на которых за уровнем превышает 90 лет, причем в качестве зависимой выборки использовался период с 1909 по 1958 гг., т.е. 50 лет. Коэффициенты модели множественной линейной регрессии находились с помощью метода включения переменных. Порядок модели (ее оптимальность) оценивался по минимуму среднеквадратической ошибки при условии значимости всех коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента и значимости модели по критерию Фишера (при уровне значимости 5%). Было получено, что оптимальной является модель, для которой m=5. В порядке значимости, то есть по вкладу в описание изменчивости исходного ряда hУМО, в данную модель входят: New York, Seattle, Galveston, Swinoujscie и Ratan. При этом уже первый коэффициент корреляции УМО со ст. New York достигает 0,91. Коэффициент детерминации данной модели равен R2 = 0,94, то есть модель описывает 94 % дисперсии функции отклика, а стандартная ошибка модели равна y(x) = 6,6 мм.

мм 0 годы 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 Рисунок 1 – Межгодовая изменчивость уровня Мирового океана (1 – базовый уровень; 2 – реконструкция уровня вперед; 3 – реконструкция уровня назад). В качестве доверительного интервала принято значение ± На зависимых данных модель (1) с достаточно высокой точностью описывает глобальную изменчивость исходного ряда УМО. Принимая во внимание данное обстоятельство, нами был произведен расчет УМО за независимый промежуток времени с 1959 по 2005 гг. В результате этого общая продолжительность временного ряда УМО возросла до 105 лет (с 1901 по 2005 гг.). Его межгодовой ход также приведен на рисунке 1 (линия 2).

Далее решалась задача реконструкции УМО назад до 1901 г. (рис. 1, линия 3). С этой целью было отобрано 8 станций, для которых общее начало наблюдений за уровнем начинается с 1861 г., а общий конец наблюдений датируется 1934 г. Таким образом, зависимая выборка имеет длину 34 года (с по 1934 гг.). Использование аппарата пошаговой регрессии позволило установить, что оптимальной также следует считать модель с пятью предикторами. В порядке значимости в нее входят следующие станции: Brest, Lyokki, Swinoujscie, San Francisco, Lypyrtti. Первый коэффициент корреляции УМО со ст. Brest равен r = 0,63, коэффициент детерминации данной модели равен R2 = 0,75, стандартная ошибка модели y(x) = 6,5 мм. При этом коэффициенты регрессии значимы по критерию Стьюдента, а сама модель значима по критерию Фишера (при уровне значимости 5%). Заметим, что хотя доля описания дисперсии исходного УМО по данной модели существенно меньше по сравнению с моделью реконструкции УМО вперед, однако оценки случайной ошибки y(x) практически одинаковы.

В таблице 1 приводятся более подробные сведения об оценках линейного тренда и статистических характеристиках рассматриваемых рядов УМО в ХХ в.

по независимым данным разных авторов. Отметим, что в работах Church et. al., (2006) и Jevrejeva et. al., (2006) УМО определялся осреднением большого числа береговых станций из архива PSMSL методами пространственной интерполяции (например, в работе Jevrejeva et. al., использовалось 1023 станции). Установлено, что расхождения между средними значениями и дисперсиями по критериям Стьюдента и Фишера являются незначимыми. Оценки трендов тоже очень близки друг к другу.

Таблица 1 – Оценки линейного тренда и статистических характеристик рядов УМО за 1901 – 1999 гг.

Pages:     || 2 | 3 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.