Студенту

 

3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА

3.1 Введение в проблему

Одной из особенностей климата, затрудняющей его прогноз, является способность усиления внешних воздействий по принципу параметрического резонанса. Трудности моделирования и составления прогнозных оценок не вызывают сомнений. Разрабатываемые прогнозы часто отличаются с точностью наоборот. В обзоре Лэмба (Lamb, 1973) было отмечено, что в начале 70-х годов имелось свыше 20 прогнозов изменений климата, которые все предсказывали продолжение похолодания в тече­ние ближайших десятилетий. В дальнейшем, по мере роста средней температуры, за достаточно короткий промежуток времени появилось много моделей прогнозирующих рост СО2 и глобальной температуры. Причина заключается в значительной  неопределенности влияния океанических течений, переноса тепла в океане, влажности, облачности и пр., а также неудовлетворительное отражение в моделях многочисленных обратных связях климатической системы. Рост СО2  легко определяемая величина с установленным эффектом воздействия, но его влияние на современном этапе, в сравнении с мощью климатической системы, не может быть определяющим.
Чрезвычайно интересны некоторые результаты математического моделирования сложных последствий возможного изменения климата Земли. В ответ на потепление термохалинная северо-атлантическая циркуляция (Северо-Атлантическое течение) замедляется (Manabe, Stouffer, 1993) или в ряде случаев возможно даже полное прекращение циркуляции (Stocker, Schmittner, 1997) с последующим похолоданием.
Причины изменения течения в том, что потепление наземного воздуха вызывает рост температуры поверхностных слоев воды, а также повышение давления насыщенного пара в северных районах, а значит, и усиленную конденсацию, из-за чего возрастает масса распресненной воды на поверхности океана в Северной Атлантике. Оба процесса приводят к усилению стратификации водяного столба и замедляют (или вовсе делают невозможным) постоянное формирование холодных глубинных вод в северной части Атлантики, когда поверхностные воды, охлаждаясь и становясь более тяжелыми, опускаются в придонные области и затем медленно перемещаются к тропикам.
Исследования такого рода последствий потепления атмосферы, проведенные недавно Р.Вудом с сотрудниками, дает еще более интересную картину возможных событий (Wood et al., 1999). Помимо уменьшения общего атлантического переноса на 25% при современных темпах роста парниковых газов произойдет “отключение” конвекции в Лабрадорском море - одном из двух северных центров формирования холодных глубинных вод. Причем это может иметь место уже в период от 2000 до 2030 г.
Указанные колебания Северо-Атлантического течения могут повлечь за собой существенное понижение средних температур приземного воздуха над Европой. О чем свидетельствуют выводы, полученные на базе многолетних палеонтологических данных, полученных на о-ве Аксель-Хейберг (Канадская Арктика) (Barnett, 1998). Находки ископаемой древесины, листьев, шишек, корней и пыльцы ясно указывают, что сосна и секвойя сосуществовали здесь по крайней мере 100 млн. лет (в настоящее время на острове произрастет только карликовая арктическая ива). Рассматривается целый ряд причин столь резкого изменения лесной растительности, а одной из главных считается изменение направления теплого океанского течения Гольфстрим, который прежде омывал Гренландию с западной стороны и только около 45 млн. лет назад изменил направление на ныне существующее.
Поэтому с большим доверием воспринимаются модели, в которых, при наличии общей тенденции (например, потеплении), отмечается различная региональная составляющая. В небольшом обзоре невозможно рассмотреть все модели. Рассмотрим наиболее известные.

3.2 Эмиссионные сценарии МГЭИК (SRES).

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК или IPCC) в 1996  г. начала разработку нового набора эмиссионных сценариев, для того, чтобы обновить и заменить широко известные сценарии IS92. Новый утвержденный набор сценариев рассмотрен специальном докладе IPCC по эмиссионным сценариям (СДСВ или SRES).
Разработаны четыре различные описательные сюжетные линии для последовательного изложения связей между определяющими факторами выбросов и их развитием. Каждая сюжетная линия представляет различные демографические, социальные, экономические, технологические и экологические события, которые могут положительно рассматриваться одними лицами, и негативно - другими. Для каждой сюжетной линии было разработано несколько различных сценариев (всего 40 сценариев) с использованием различных концепций моделирования. Сценарии охватывают широкий перечень основных демографических, экономических и технологических факторов определяющих выбросы антропогенных газов  (углекислого газа (СО2), метана (CH4), закиси азота (N2O), гидрофторуглероды (HFCs), перфторуглероды (PFCs), серный гексафторид (SF6) ,хлористый фторуглеводород (HCFCs), хлористые фторуглероды (CFCs), предшественник аэрозоля и химические активные газы двуокиси серы (SO2), окись углерода (CO),окиси азота (N0x ) и неметановые летучие органические соединения (NMVOCs).
Каждый сценарий представляет собой конкретное количественное толкование одной из четырех сюжетных линий. Все сценарии, основанные на одной и той же сюжетной линии, представляют собой сценарную «семью» (А1; А2; В1; В2). Набор сценариев состоит из шести сценарных групп (в целом разработано 40 сценариев), полученных из четырех семей: отдельные группы в А2; В1; В2 и три группы в А1 (А1FI; А1В; А1Т).
Имеются незначительные отличия в общем действии вынуждающих факторов, но они сокращаются до 2100 года когда различия в температурных изменениях в обоих версиях этих сценариев колеблются в пределах 1-2%. Для сценария В1, тем не менее, изменения температуры существенно меньше в финальной версии, что ведет к разнице в изменениях температур к 2100 г. в 20%, - как результат более низкой эмиссии «тепличных газов».
Сюжетная линия и сценарная семья А1 содержат описание будущего мира, характеризуемого очень быстрым экономическим ростом, глобальным ростом населения, показатели которого достигают пиковых значений в середине века с последующим уменьшением, быстрым внедрением новых и более эффективных технологий.
В сюжетной линии и сценарной семье А2 дается описание очень неоднородного мира. Основа - самообеспечение и сохранение местной самобытности. Показатели рождаемости в разных регионах очень медленно сближаются, результатом чего является постоянный рост общей численности населения. Экономическое развитие имеет главным образом региональную направленность, а экономический рост в расчете на душу населения и технологические изменения являются более фрагментарными и медленными по сравнению с другими сюжетными линиями.
Сюжетная линия и сценарная семья В1 содержат описание движущегося в одном направлении мира с тем же самым глобальным населением, которое достигает максимальной численности в середине века, а затем уменьшается, как и в сюжетной линии А1, однако при быстрых изменениях в  направлении сервисной и информационной экономики с уменьшением материальной интенсивности и внедрением чистых и ресурсосберегающих технологий. Главное внимание уделяется глобальным решениям экономической, социальной и экологической устойчивости, включая большую справедливость.
Сюжетная линия и сценарная семья В2 содержат описание мира, в котором главное внимание уделяется локальным решениям проблемы экономической, социальной и экологической устойчивости. Это мир с постоянно увеличивающимся глобальным населением при темпах ниже чем А2, промежуточными уровнями экономического развития и менее быстрыми и более разнообразными технологическими изменениями по сравнению с сюжетными линиями В1 и А1.Хотя данный сценарий также ориентирован на охрану окружающей среды и социальную справедливость, главное внимание в нем уделяется местным и региональным уровням.
К 2100 году модели углеродного цикла предсказывают увеличение концентрации СО2 в атмосфере до 540-970 ppm для иллюстративных сценариев SRES (90- 250% выше значения 280 ppm для 1750 г.) Общий эффект климатической подпитки со стороны суши и океанов – как указано в моделях – приведет к еще большей концентрации атмосферного СО2 за счет сокращения поглощения углекислоты как океаном, так и сушей. Эти прогнозы включают указанные процессы. Неопределенность, особенно в отношении интенсивности климатической подпитки со стороны наземной биосферы, вызывает вариации – от минус 10% до плюс 30% для каждого сценария. Общий интервал – от 490 до 1260 ppm (от 75 до 350% выше концентрации 1750 г.).
Программы, направленные на увеличение стока  углерода в наземных экосистемах, могут повлиять на концентрацию СО2 в атмосфере, но это сокращение его содержания не превысит 40-70 ppm. Так, если весь углерод, освобожденный в результате исторических изменений в землепользовании, будет возвращен в наземную биосферу в течение столетия (например, при восстановлении лесов), концентрация СО2 сократится на 40-70 ppm. Эмиссия углекислоты за счет использования ископаемого горючего почти наверняка останется основной в процессе формирования атмосферной концентрации СО2 в этом столетии.
Модельные вычисления концентрации других «тепличных газов» к 2100 году в шести иллюстративных сценариях SRES существенно различаются. В общем А1В (сбалансированный вариант), А1Т (главным образом неископаемые виды топлива) и В1 дают наименьшее возрастание, и А1FI (значительная доля ископаемых вводов топлива) и А2 – наибольшее.  Изменения концентрации СН4 с 1998 по 2100 гг. варьируются от минус 190 до плюс 1970 ppb (от -11% до + 112%), и N2O – от плюс 38 до плюс 144 ppb (от 12 до 46%), HFC  варьирует от нескольких сотен до нескольких тысяч ppt в сравнении с незначительным нынешним уровнем. CF4, как предполагается, возрастет на 200-400 ppt, и SF6 – на 35-65 ppt.

3.3 Семейство моделей HadCM

    Эксперименты, осуществленные в Hadley Centre c использованием новой «Объединенной модели» (Cullen, 1993) – большой шаг вперед в моделировании климатических изменений. Он создает новые возможности для создания сценариев. Эти эксперименты решили ряд проблем, с которыми столкнулись предыдущие эксперименты, связанные с моделированием изменения климата.
Пространственное разрешение HadCM2 – 2.5??3.75? (широта ? долгота) и соответственно Земной шар разбит на 96 ? 73 ячейки. Разрешение увеличивается при снижении размеров ячейки с 417?278 км на экваторе до 295?278 км на 45 градусах северной или южной широты.

Равновесная климатическая чувствительность (?Т2х) HadCM2 – (средний глобальный температурный отклик на удвоение эффективной концентрации углекислого газа) составляет примерно 2.5°С, хотя это число и изменяется в зависимости от временной шкалы (таблица 3.1). Тем не менее, это ниже, чем в других моделях.

Таблица 1 - Прогноз изменения средней температуры (DT), количества осадков (DОс), уровня моря (DУМ), концентрации углекислого газа (сценарий IS92).

			2020				2050				2080
	DT (°C)	DОс (%)	DУМ (см)	CO2 (ppmv)	DT (°C)	DОс (%)	DУМ (см)	CO2 (ppmv)	DT (°C)	DОс (%)	DУМ (см)	CO2 (ppmv)
HadCM2
Gga*	1.19	2.0	12.7	447	2.05	3.3	25.0	554	3.01	4.87	41.1	697
GGd	0.92	1.7	6.7	398	1.46	2.6	18.5	443	1.94	3.46	29.7	498
GSa	0.92	1.4	8.3	447	1.56	2.2	17.1	554	2.51	3.73	29.9	697
GSd	0.79	1.3	8.9	398	1.35	2.4	16.8	443	1.82	3.23	26.2	498
CGCM1
GGa	1.46	1.1	NA	447	3.00	2.9	NA	554	4.91	5.7	NA	687
GSa1	1.15	0.4	NA	447	2.23	1.4	NA	554	3.81	3.2	NA	687
GSa2	1.15	0.4	NA	447	2.22	1.4	NA	554	3.85	3.2	NA	687
GSa3	1.17	0.4	NA	447	2.18	1.4	NA	554	3.75	3.2	NA	687
GFDL-R15
GGa	1.71	3.4	NA	447	2.67	5.7	NA	554	NA	NA	NA	NA
GSa	1.35	2.7	NA	447	2.21	4.2	NA	554	NA	NA	NA	NA
CSIRO-Mk2
GGa	1.21	2.5	NA	447	2.05	3.9	NA	554	3.07	6.1	NA	697
GSa	1.06	1.8	NA	447	1.84	3.2	NA	554	2.72	5.1	NA	697
ECHAM4
GGa	1.22	0.7	NA	447	2.13	1.4	NA	554	3.02	2.1	NA	697
GSa	1.02	0.4	NA	447	1.35	0.0	NA	554	NA	NA	NA	697

*GGa – увеличение тепличных газов на 1 % в год;             GGd- увеличение тепличных газов на 0.5 % в год;
GSa- увеличение тепличных газов + аэрозолей серы на 1 % в год;
GSd- увеличение тепличных газов + аэрозолей серы на 0.5 % в год.

Для реализации эксперимента с «теплым стартом» необходимо осуществить возмущение модели силами, подобно действовавшим в ранней истории, когда радиационные эффекты (по сравнению с нынешним) были незначительны. Hadley Center начал свои эксперименты с HadCM2 с эффектом середины индустриальной эры, около 1860 г. (Mitchell et al., 1995).
Вариант HadCM2GG использовал комбинированное воздействие только тепличных газов в эквивалентной концентрации углекислоты, вариант HadCM2GS – комбинацию эквивалентной концентрации углекислоты с негативным эффектом сульфатных аэрозолей. Первый вариант моделировал изменение в воздействии на климатическую систему тепличных газов с момента раннего индустриального периода (1860), второй вариант – то же самое в комплексе с вызванным эмиссией антропогенных сульфатных аэрозолей увеличением альбедо. Непрямое влияния аэрозолей не учитывалось.
Климатическая модель показала незначительную долговременную тенденцию повышения температуры за последние 400 лет (+0.04°С в столетие), что близко к результатам прочих экспериментов.
Эксперименты, моделирующие поведение климатической системы с использованием вынуждающих воздействий с 1860 г. (Mitchell et al., 1995) показали, что чувствительность HadCM2 соответствует реальной климатической системе. Согласие между реальной и модельной средней глобальной температурой лучше для HadCM2GS, чем для HadCM2GG, что говорит о том, что этот вариант более точно моделирует отклик глобальной температурной системы за столетний период.

HadCM3
HadCM3 – сдвоенная модель общециркуляционого типа океан-атмосфера, разработанная в Hadley Centre (Gordon et al., 2000). В отличие от других таких моделей (в том числе и HadCM2) HadCM3 не нуждается в корректировке потоков (дополнительные «искусственные» потоки тепла и пресной воды на поверхности океана) для хорошего моделирования. Причина этого – хорошее «океаническое» разрешение модели. Использование HadCM3 для моделирования показала незначительное изменение температуры на поверхности океана в течение тысячелетнего периода.
Атмосферный компонент модели – 19 уровней с горизонтальным разрешением в 2.5° по широте и 3.75 – по долготе, что дает сетку в 96х73 ячейки. На экваторе поверхностное разрешение – 417х278 км, на широте в 45° - 295х278 км.
Новая схема поверхности суши (Cox et al., 1999) включает учет замерзания и таяния почвенной влаги, также как и дренаж и поверхностное испарение. Альбедо поверхности определяется как функция толщины снежного покрова, типа растительности и температуры над снегом и льдом.
Атмосферный компонент модели оптимально учитывал эмиссию, перенос, окисление и отложение соединений серы, что позволило моделировать эффекты, характерные для сульфатных аэрозолей.
Океанический компонент HadCM3 – 20 уровней с горизонтальным разрешением в 1.25 на 1.25 градуса, что позволило учесть важные детали океанических структур.
Конвективные процессы модифицированы для регионов датских проливов и исладско-шотландской гряды для того, чтобы лучше представить смешение поверхностной воды на склонах. Это позволяет найти соответствующий уровень ее нейтральной плавучести.
Модель морского льда использует простую термодинамическую схему, включающую ледовое и снежное покрытия. Образование айсбергов не представлено, так что поток воды возвращается в океан со скоростью, связанной с балансом общего накопления снега на ледяных щитах, географически распределенных в регионах айсбергообразования.
Модели изначально разрабатывалась при наблюдении океана в состоянии покоя, с соответствующим состоянием атмосферы и ледяного покрова. Информация об океанско-атмосферном обмене ежедневна. Потоки тепла и воды учитываются в момент их обмена между различными ячейками.

Основное различие между HadAM2b и HadAM3
В модели HadAM2b – 6 длинноволновых диапазонов и 4 – коротковолновых, а также анализ  влияние водных, углекислотных и озоновых эффектов. Новая радиационная схема HadAM3 – 6 коротковолновых и 8 длинноволновых диапазонов. В дополнение к прежним, учитывается воздействие молекулярного кислорода, окиси азота, СН4, CFC11 и CFC12 (Pope et al., 2000). Модель использует газовые величины для 1979-88 гг., а также эффекты  фоновых аэрозолей. В радиационной схеме кристаллы льда и водяные капли рассматриваются отдельно. Наложение облаков рассматривается в длинных и коротких волнах. Учитывается прямое непосредственное влияние конвекции.

3.4  CGCM1

Первая версия Канадской глобальной сдвоенной модели (Flato et al. (1999). Это – спектральная модель с триангуляционным усечением (поверхностные ячейки размером примерно 3.7 на 3.7 градуса) и десятью вертикальными уровнями. Океанический компонент – разрешение 1.8 на 1.8 градуса и 19 вертикальных уровней.  Модель учитывает потоки тепла и воды из отдельных океанических и атмосферных моделей. Многовековое моделирование с использованием сдвоенной модели предусматривает учет сегодняшней концентрации углекислого газа и имеет целью оценку стабильности климатической схемы и сравнение моделируемого климата с наблюдаемым в действительности.
Комплекс состоит из четырех переходных моделей изменений климата.  Три из них исследуют изменения, вызванные эффективной эмиссией тепличного газа соответственно тому, что наблюдалось с 1850 г. по наши дни, а также изменения, вызванные ростом концентрации углекислого газа со скоростью 1% в год до 2100 г. Прямое воздействие сульфатных аэрозолей также учитывается в изменении поверхностного альбедо (Reader and Boer, 1999). Прогноз сходен с прогнозом IPCC.

3.5  CCSR/NIES

Сдвоенная атмосферно-океаническая модель (включает атмосферную модель CCSR/NIES, океаническую CCSR/GCM, термодинамическую модель море-лед, и модель речных русел (Abe-Ouchi et al., 1996). Пространственное разрешение соответствует сетке с ячейками примерно 5.6 на 5.6 градусов по широте и долготе, 20 вертикальных уровней для атмосферной части, примерно 2.8-градусная горизонтальная сетка и 17 вертикальных уровней для океанической части. Применена коррекция потоков для теплового и водного обмена океан-атмосфера.
Радиационная схема атмосферной модели имеет дело с абсорбцией, эмиссией и рассеянием газами, облаками и частицами аэрозолей.  Вертикальное распределение сульфатных аэрозолей принимается как постоянное в нижнем 2-км слое атмосферы. Концентрация тепличных газов представляется в углекислотном эквиваленте.
Разработано три модели для 200 летнего периода (1890-2090). В контрольном эксперименте, единая глобальная концентрация тепличных газов полагалась постоянной на уровне 345 ppmv (углекислотный эквивалент) и концентрация сульфатов принималась равной нулю. В эксперименте GG концентрация тепличных газов постепенно нарастала, тогда как для сульфатов была равна нулю. В экспериментах GS увеличение концентрации антропогенных сульфатов и тепличных газов принималось как данное, и прямой аэрозольный эффект рассеяния представлялся как описывается выше. Непрямой аэрозольный эффект в экспериментах не учитывался.
С 1890 по 1990 гг. рост концентрации тепличных газов основан на исторических данных, а с 1990 г. составляет 1% в год. Для сульфатных аэрозолей,  принимается во внимание географическое распределение, оцениваемое моделью цикла серы.  Уровень эмиссии серы в будущем основывается на сценарии IS92a. В модели концентрация сульфатов в 1890 г. принимается равной нулю. Сезонные ее вариации игнорируются.

3.6  GFDL-R15

Эксперименты с использованием модели CFDL производились с использованием сдвоенной океаническо-атмосферной модели (Stouffer et al., 1994). Модель предусматривает взаимодействие облачного покрова и сезонно варьирующей солнечной радиации. Атмосферный компонент имеет девять ограниченных сигма-уровней по вертикали. Эта версия модели использовалась с ромбоидальным резрешением в 15 волн (R15) соответствующей эквивалентному разрешению примерно в 4.5 градуса по широте и 7.5 по долготе. Глобальная география модели соответствует сезонной вариации освещения.
Океаническая модель основана на модели Byan and Lewis (1979) с ячейками в 4.5 градуса по широте и 3.7 – по долготе. Она имеет 12 пространственных уровней в вертикальном измерении. Для того, чтобы сократить дрейф модели,  потоки тепла и воды скорректированы с использованием сезонных и географических (но не годовых) вариаций этих процессов. Модель также включает динамическую модель море-лед, которая придает системе дополнительные степени свободы.
Дрейф средней глобальной температуры в течение предыдущего тысячелетия весьма незначителен и составляет примерно – 0.023 оС в столетие.
Два климатических эксперимента CFDL-R15 использовали сценарий IS92a в том, что касается оценки прошлого и сегодняшнего содержания тепличных газов (GGal), а также комбинации тепличные газы + сульфатные аэрозоли (GSal) для периода 1765 – 2065 гг. (Haywood et al. 1997). Для эксперимента GGal  имелись в наличие данные только для периода 1958-2057.  Радиационное воздействие всех тепличных газов представлено в терминах эквивалентной концентрации СО2. Прямой радиационный эффект сульфатных аэрозолей параметризирован с учетом конкретного места, изменения альбедо.

3.7  NCAR-DOE

Глобальная сдвоенная модель (иногда именуемая «модель Вашингтона-Миля») применена для моделирования климата 20-го столетия и прогнозирование климата 21-го века (Meehl et al.,1999).  Модель имеет атмосферный компонент с ромбоидальным (R15) разрешением (примерно 4.5 градуса по широте и 7.5 по долготе) с 9 уровнями. Океанический компонент – разрешение 1х1 градус, 20 уровней.
Кроме ряда широко распространенных показателей модель учитывает особенностей высокоширотного отклика в северном полушарии, прямое и непрямое влияние сульфатных аэрозолей, альбедо облаков, влияния «Эль Ниньо». Используется динамическая и термодинамическая модель типа море-лед.
Были предприняты два эксперимента по моделированию климата (начальная точка для обоих – 1900 год). Первый использует радиационный эффект тепличных газов (СО2-эквивалент), наблюдавшийся в 20-м столетии и экстраполирует этот процесс до 2035 г. при росте концентрации углекислого газа на 1% в год после 1990 (эксперимент только с углекислым газом). Второй включает тот же самый эффект как первичный, но учитывает также и влияние изменяющегося во времени географического распределения радиационного воздействия сульфатных аэрозолей. Они сравниваются с 135-летним контрольным экспериментом с отсутствием внешних вынуждающих воздействий. Отклик климатической системы на эти эксперименты отличается не только более заметным потеплением в высоких широтах северного полушария, но также и глобальным воздействием типа «Эль-Ниньо» на температуру поверхности, количество осадков и уровень моря.

3.8  CSIRO-Mk2

Атмосферная климатическая модель CSIRO Mark 2b (Hirst et al., 1996, 1999) использовалась для ряда сложных экспериментов по климатическому моделированию. Во избежание «проблемы холодного старта» симуляция начинается с 1880 г.
Атмосфера модели имеет 9 уровней вертикального и горизонтального разрешения R21 (примерно 5.6 на 3.2 градуса). Океаническая модель имеет то же горизонтальное разрешение с 21 уровнем.
Изменение средней глобальной температуры поверхности в эксперименте – около 0.02°С в столетие.
В базовом эксперименте с тепличными газами модель комбинирует воздействие всех излучательно активных тепличных газов в «эквивалентную» концентрацию СО2. В период с 1880 по 1990 гг.  используются фактические концентрации; на будущее применен прогноз IS92a. Это соответствует однопроцентому (в год) росту концентрации углекислого газа.
Другой модельный эксперимент учитывает негативное воздействие атмосферных сульфатных аэрозолей. Прямой эффект сказывается в изменении поверхностного альбедо.  Интенсивноое потепления в ХХ веке хорошо совпадает в модели, включающей влияние аэрозолей, с фактически наблюдаемой. Тем не менее, ряд воздействий в модели не учитывается – это, например, вариации солнечного излучения, непрямой сульфатный эффект и «эффект сажи».

3.9  ECHAM4

Климатическая модель ECHAM разработана на основе атмосферной модели ECMWF (ЕС) и полного параметризационного пакета из Гамбурга (HAM), который позволяет использовать ее для климатического моделирования (Roeckner, et al., 1996). Это спектральная подвижная модель с 19 атмосферными слоями; ее результаты получены при экспериментах с пространственным разрешением Т42 (примерно 2.8 градуса по широте и долготе). Модель также использовалась при разрешении от Т21 до Т106.
Первоначальная температура поверхности моря и данные типа «море-лед» взяты из COLA/CAC AMIP SST и набора данных «море-лед». Средние высоты земной поверхности рассчитаны с высоким разрешением по данным US NAVY. Альбедо океана является функцией угла Солнца в зените, а данные по альбедо суши взяты у Geleyn and Preuss (1983). Временной шаг модели – 24 минуты, за исключением излучения (два часа).
Поскольку модель разработана для иссследований в больших масштабах, включена также и модель типа «море-лед» с ее реологией; она служит цели отделения океана от экстремальных условий высокоширотной зимы и предусматривает реалистическое отражение эффекта солености в зависимости от замерзания или таяния морского льда.
Эксперимент (GSal) учитывал также и негативное воздействие сульфатных аэрозолей, приводящих к увеличению альбедо при чистом небе в соответствии с локальной эмиссией сульфатов. Непрямые аэрозольные эффекты не принимались во внимание. Для периода с 1860 по 1990 гг. использовалась оценка исторического воздействия сульфатных аэрозолей; для периода 1990-2049 гг. аэрозольный эффект определялся в соответствии с эмиссионным сценарием IS92a. Эксперимент GSal органичен 2049 годом.

3.10  Обобщенный прогноз климатических изменений на основе современных атмосферно-океанических глобальных циркуляционных моделей (AOGCMs)

Диапазон климатической чувствительности для AOGCMs, как предполагается, находится в диапазоне от 1.5 до 4.5°С. Эта оценка не меняется со времен первых докладов IPCC 1990 и 1996 годов. Климатическая чувствительность представляет собой равновесную реакцию температуры поверхности на удвоение концентрации СО2. Диапазон оценок  возникает как следствие неопределенности климатических моделей и их внутренней подпитки, в частности в том, что связано с облачностью и подобными процессами. В третьем докладе IPCC впервые используется переходная климатическая реакция (TCR). TCR определяется как глобально усредненное изменение поверхностной температуры в момент удвоения концентрации углекислого газа, в эксперименте с увеличением ее на 1% в год. Этот уровень нарастания концентрации СО2 представляет воздействие  со стороны всех «тепличных газов». TCR  содержит в себе элементы чувствительности модели и факторы, влияющие на климатическую реакцию (например, поглощение тепла океаном). Диапазон TCR для современных AOGCM составляет 1.1-3.1°С.
Учитывается прямое воздействие сульфатных аэрозолей, уменьшающих глобальное потепление к середине XXI века.
Модели прогнозируют изменения нескольких широкомасштабных климатических переменных. Как только излучательное воздействие климатической системы меняется, земля нагревается сильнее и быстрее, чем океан, и соответственно относительный нагрев значительнее в высоких широтах. Модели прогнозируют меньшее нарастание поверхностной температуры в Северной Атлантике и околополярных южных океанических регионах по отношению к глобальному среднему значению. Предполагается, что дневной интервал температур уменьшится в большинстве регионов, с более значительным ростом ночных температур, нежели рост дневных. Многие модели показывают общее сокращении дневных вариаций температуры воздуха у поверхности зимой и усиление этих вариаций летом в северном полушарии. С потеплением снежный покров и зона распространения льдов северного полушария сократятся.
Для конца XXI столетия (2071-2100), среднее изменение глобально усредненной поверхностной температуры – по отношению к периоду 1961-1990 гг., + 3°С (интервал от 1.2 до 4.5°С) для  сценария А2 и +2.2°С (интервал от 0.9 до 3.4°С) для В2. Сценарий В2 дает меньший нагрев – что соответствует более низкому уровню роста концентрации СО2.
Очень вероятно, что почти все районы суши будут нагреваться быстрее, чем в среднем, в частности высокоширотные регионы северного полушария (рисунок 3.1).
Результаты современных симуляций AOGCMs с использованием эмиссионных сценариев А2 и В2 SRES свидетельствуют о том, что зимнее потепления для всех высокоширотных регионов превосходит среднее глобальное значение в каждой модели более чем на 40% (1.3-6.3°С для всего спектра моделей и сценариев) (таблица 2). Летом потепление в 40% выше глобального среднего изменения будет иметь место в центральной и северной Азии. Только в южной Азии и южной Южной Америке в июне-июле-августе – и в Юго-Восточной Азии летом и зимой – модели предсказывают потепление более легкое, чем в среднем по Земле.

AOGCM модели предсказывают увеличение количества осадков для большей части Азиатского региона (таблица 3). Максимальный рост предполагается в бореальной зоне Азии и в зимнее время.

Рисунок 3.1 -  Изменение среднегодовой температуры (оС)  в период 2071-2100 в сравнении с 1961-1990 гг. по сценариям А2 и В2 (Technical Summary Working Group I..., 2001).

Таблица 3.2 - Прогнозируемое изменение средней температуры воздуха у поверхности в регионах Азии, AOGCM модели (CCSR/NIES, CSIRO, ECHAM4, HadCM2) (Climate Change 2001: The Scientific Basis..., 2001)

Регион	Изменение средней температуры воздуха у поверхности, оС
	2010-2029			2040-2069			2070-2099
	годовая	зимой	летом	годовая	зимой	летом	Годовая	зимой	летом
Азия	1,581	1,71	1,45	3,14	3,43	2,87	4,61	5,07	4,23
	1,362	1,52	1,23	2,49	2,77	2,23	3,78	4,05	3,49
Бореальная Азия	2,17	2,66	1,71	4,32	5,52	3,29	6,24	8,04	4,82
	1,88	2,21	1,47	3,52	4,46	2,83	5,30	6,83	4,24
Центральная засушливая/полузасушливая Азия	1,61	1,56	1,77	3,18	2,81	3,55	4,83	4,41	5,34
	1,47	1,55	1,49	2,69	2,61	2,59	4,15	3,78	4,36
Умеренная Азия	1,49	1,74	1,23	2,86	3,26	2,48	4,34	5,11	3,67
	1,19	1,50	0,99	2,10	2,40	1,72	3,31	3,83	2,77

1- учитывается влияние только тепличных газов
2- учитывается влияние тепличных газов и аэрозолей

Таблица 3.3 - Прогнозируемое изменение осадков в регионах Азии, AOGCM модели  (CCSR/NIES, CSIRO, ECHAM4, HadCM2) (Climate Change 2001: The Scientific Basis..., 2001)

Регион	Изменение осадков, %
	2010-2029			2040-2069			2070-2099
	годовая	зимой	летом	годовая	зимой	летом	годовая	зимой	летом
Азия	3,61	5,6	2,4	7,1	10,9	4,1	11,3	18,0	5,5
	2,32	4,3	1,8	2,9	6,5	1,5	7,0	12,1	3,5
Бореальная Азия	6,1	11,1	2,6	12,8	23,8	5,1	20,7	39,5	7,7
	6,7	10,7	3,3	12,0	19,7	7,1	18,9	31,5	10,3
Центральная засушливая/полузасушливая Азия	1,3	3,0	-2,1	1,3	6,9	-2,3	-1,3	6,9	-4,0
	1,1	2,7	5,9	0,6	1,4	0,7	-3,6	1,0	-1,8
Умеренная Азия	3,9	4,2	3,7	7,9	13,3	5,4	10,9	20,1	7,8
	0,9	0,4	1,2	1,3	4,3	0,7	4,8	7,1	3,1

1- учитывается влияние только тепличных газов
2- учитывается влияние тепличных газов и аэрозолей

На рисунке 3.2 и 3.3 представлено прогнозируемое межмодельное изменение температуры и количества осадков в 21 веке. Для бореальной зоны в 21 веке характерно согласованное значительное потепление в зимнее время и согласованное более среднего потепление в летнее время. Численное моделирование свидетельствует о предстоящем повышении влагосодержания атмосферы и усилении осадков. В частности, возможно усиление осадков в умеренных и высоких широтах северного полушария. В низких широтах вероятно наличие регионов как усиления, так и ослабления осадков (в зависимости от выбора сценариев выбросов МГК). Увеличение осадков ожидается в Сибири (значительное – зимой). Следует обратить внимание на увеличение осадков на Антарктиде, что будет способствовать разрастанию ледового покрова (и как следствие – увеличение отражательной способности планеты).

Рисунок 3.2 - Анализ межмодельного согласия в изменении средних значений температуры по регионам (относительно средней глобальной температуры). Значимый результат – не менее 7 из 9 моделей дают согласованное значение. Классификация регионов по изменению: a - согласованное значительное потепление; b - согласованное более среднего потепление; c - согласованное меньше чем среднее потепление; d - отсутствие согласия между моделями; e- похолодание  (Climate Change 2001: The Scientific Basis..., 2001). 

Рисунок 3. Анализ межмодельного согласия в изменении количества осадков по регионам. Значимый результат – не менее 7 из 9 моделей дают согласованное значение. Классификация регионов: a)  > +20% - согласованный большой рост; b) + 5-20 % - согласованный небольшой рост; c)  -5- +5% согласованное отсутствие изменений; d)  -5-20 % - согласованное небольшое снижение; e)  > - 20% - согласованное большое снижение i) - отсутствие согласия между моделями (Climate Change 2001: The Scientific Basis..., 2001).