Альбедо Земли как ключевой фактор внутривековых изменений температуры тропосферы Н. Н. Завалишин Объединённый научный семинар “Региональные аспекты в изучении климатической системы Земли” 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 1
Причины изменений радиационного баланса Земли (РБЗ) и общей циркуляции атмосферы (ОЦА) Внеземные: Земные: Смещение Солнца от Центра Масс Галактические Космические Лучи Солнечная Активность: - Межпланетное Магнитное Поле - Корпускулярные Потоки - Северо-Южная Асимметрия - Солнечная Постоянная ……………… 28. 11. 2014 Альбедо Земли Вектор Угловой Скорости Барицентр Земля-Луна Магнитное Поле Земли Вулканизм ……………… Антропогенные ИМКЭС СО РАН 2
Влияние альбедо на температуру приземной атмосферы коэффициент корреляции =0. 8 (значим на 5% уровне) 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 3
Радиационный дисбаланс Земли D = TSI/4 – OSR - OLR Ø D - радиационный дисбаланс Земли Ø TSI - интегральный поток солнечной радиации, приходящий на верхнюю границу атмосферы (солнечная постоянная), TSI/4=1366/4=341, 5 Вт/м 2 Ø OSR =A*TSI/4 - отраженный поток коротковолновой радиации, A=107/342=0, 313 – норма альбедо Ø OLR - уходящая длинноволновая радиация. В норме (при D=0) OLR=TSI/4 -OSR=235 Вт/м 2 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 4
TSI 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 5
28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 6
Изменение общей облачности 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 7
Аномалии уходящей длинноволновой радиации (Реанализ; усреднение с учётом широты узлов; «норма» : 1975 -2012 гг. ; ) 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 8
Расчёт среднего с учётом веса площадей широтных поясов Земли • • Данные NCEP/NCAR Reanalysis, получены с сайта NOAA/ESRL Physical Sciences Division, Boulder Colorado http: //www. esrl. noaa. gov/psd. Сеть 2, 5 х2, 5 градуса (10 тыс. узлов) была переведена в сеть 5 х5 градусов и прорежена так, чтобы плотность узлов в каждом широтном поясе была одинакова. Осталось 1654 узла. Сравнение сетей показало, что при работе с аномалиями смещение результатов незначительно. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 9
Средние за год аномалии глобальной температуры на Н 1000 Реанализ; усреднение с учётом широты узлов; «норма» : 1951 -1980 гг. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 10
Ошибка IPCC: не учли изменений альбедо Земли! Модели глобальной температуры при учёте только: TSI IV Доклад IPCC, 2007 г. Рис. 6. 2. Нижний: учет колебаний только TSI 28. 11. 2014 Альбедо Завалишин Н. Н. , 2010. ОАО, № 6. Стр. 480 -484. Линейная регрессия альбедо (А) на температуру T=4, 2 -12, 7 А ИМКЭС СО РАН 11
Другие ошибки и фальсификации данных в статьях и докладах IPCC подробно обсуждаются в работах Z. Jaworowski 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 12
Z. Javorowski. The Sun, not Man, still rules our climate. 21 th Century Science&Technology. 2009 (spring) p. 10 -28. (Table 2). 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 13
Вектор смещения Солнца от центра масс Солнечной системы Jose P. D. Sun’s motion and sunspots. //The Astronomical Journal. Vol. 70. N 3, 1965. P. 193 -200. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 14
Вычисление кривизны и кручения траектории ( Завалишин Н. Н. О зависимости максимумов чисел Вольфа от кривизны и кручения траектории движения Солнца относительно центра инерции Солнечной системы. //Труды Сиб. НИГМИ. 2011. Вып. 106. С. 208 -218). R(u) = (x(u), y(u), z(u)), R(uk+j) - R(uk) = R[h](uk+j-uk)h / h! = 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 15
Сумма годовых кручений траектории Солнца и года максимумов чисел Вольфа 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 16
Связь сумм индекса Северо-Южной асимметрии солнечной активности с суммами Z-координаты смещения Солнца (1885 -2010 гг. ) 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 17
Солнечно-земные связи: Земля – открытая система? «НЕТ» автоколебательные модели Папа Секст V: «… возбуждать следствия «ДА» гелиогеофизические модели Чижевский: СА и природа, общество против астрологов, математиков и иных, занимающихся предсказательной астрологией с иными целями, кроме земледелия, мореплавания и медицины. » Миланкович: орбита, Земля и TSI Монин: «гелиогеофизический энтузиазм» , Дьяков: СА и долгосрочный прогноз «успешные опыты по самовнушению» IPCC: все внешние факторы свели к TSI Робертс и др. : сектора ММП и ОЦА Дружинин: СА и динамика стока рек Svensmark: космические лучи и климат 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 18
Гидродинамические модели Центральная методическая комиссия Росгидромета по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам в своем решении от 27 октября 2009 г. одобрила работу ФГБУ «Гидрометцентр России» и ФГБУ «ГГО» и констатировала, что… «…успешность прогнозов сезонных аномалий приземной температуры воздуха во внетропических широтах и в среднем по территории России лишь немного выше успешности климатического прогноза, что обеспечивается относительно успешным прогнозом на первый месяц. Успешность прогнозов осадков остается низкой по всем регионам» . 01. 10. 2014 28. 11. 2014 Семинар ИГ СО РАН ИМКЭС СО РАН 19
А. Л. Чижевский «И вновь и вновь взошли на Солнце пятна, И омрачились трезвые умы, И пал престол, и были неотвратны Голодный мор и ужасы чумы. И вал морской вскипел от колебаний, И норд сверкал, и двигались смерчи, И родились на ниве состязаний Фанатики, герои, палачи. И жизни лик подернулся гримасой: Метался компас – буйствовал народ, А над землей и над людскою массой Свершало Солнце свой законный ход. О, ты, узревший солнечные пятна С великолепной дерзостью своей – Не ведал ты, как будут мне понятны И близки твои скорби, Галилей!” 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 20
Первые монографии в СССР. 1974 год. Дружинин И. П. , Сазонов Б. И. , Ягодинский В. Н. Космос-Земля. Прогнозы. М. : Мысль, 1974. 288 с. 28. 11. 2014 Войчишин К. С. , Драган Я. П. , Куксенко В. И. , Михайловский В. Н. Информационные связи био-гелиолеофизических явлений и элементы их прогноза. Киев: Наукова думка, 1974. 208 с. ИМКЭС СО РАН 21
Дьяков А. В. Предвидение погоды на длительные сроки на энерго-климатической основе. Темир-Тау – Иркутск, 1953 -2011. 156 с. (к 100 -летию со дня рождения) 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 22
Гипотеза А. В. Дьякова • • • Максимумы «пятноразрастания» повторяются в среднем через 18 -22 суток. С таким периодом и происходят колебания энергии солнечной активности, а значит и порывы «солнечного ветра» . Вот где было чему удивляться! Ведь период ранее замеченных самопроизвольных волн давления в земной атмосфере составил 18 -25 суток. Разрастание пятен, словно по контрасту, вызывает увеличение напряженности магнитного поля активных областей Солнца. По закону Фарадея это ведет к увеличению выброса заряженных частиц из короны светила. Через несколько дней избыточные порции солнечных корпускул подлетают к Земле. Магнитные силовые линии планеты захватывают частицы и заставляют их двигаться в районы полюсов. Осколки солнечной материи отдают свою энергию верхним слоям атмосферы и подогревают их. У полярной шапки возникает высотный вихрь антициклон - область повышенного давления. С неё воздух начинает стекать вниз, в тропосферу. Двигаясь с северо-востока, он вторгается в Европу. Над европейской территорией Союза зимой проносятся волны холода. А летом прочно устанавливается жаркая и сухая погода, ибо нисходящие потоки воздуха уменьшают облачность, приток солнечного тепла растёт. В тропических районах картина противоположная. Там возникают компенсационные потоки: тёплый воздух поднимается вверх и движется к северу, отклоняясь на северо-восток к территории Сибири, формируются циклоны. Такой процесс повышает температуру иногда на 10 -15˚ , а в Западной Сибири и Северном Казахстане вызывает летом грозы и ливни, зимой - штормовые ветры и снежные бураны. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 23
Гипотеза Б. И. Сазонова Верх: Млечный Путь (серый), Галактическая плоскость (синий), Эклиптика (красный). Низ: Схема прохождения ГКЛ (синие линии) через Солнечную систему при схождении планет гигантов. Красный – Солнце. Жёлтый – эффект Форбуша. Голубой – Земля. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 24
Гипотеза Коваленко. Пашестюка (диссимметрия на 2 мая 1982 г. ) ГИПОТЕЗА: Фокус орбиты Земли находится в ЦМСС, а не в центре Солнца. Из-за этого изменяется TSI на 1 -2%. Коваленко В. Д. Гелиоэнергетическая теория изменчивости климата и космическое будущее планеты Земля. //Труды Зап. Сиб. НИГМИ, 1990. Вып. 93. С. 33 -58. ПРОВЕРКА: Завалишин Н. Н. , Виноградова Г. М. О связи аномалий месячных температур воздуха с циклом Хейла и динамикой расстояния Солнцке-Земля. //Труды Зап. Сиб. НИГМИ, 1990. Вып. 93. С. 33 -58. ВЫВОД: Есть статистически значимая разность КРИТИКА: Багров Н. А. Где фокус земной орбиты? //Метеорология и гидрология. 1991, № 9. С. 117 -118. ИТОГ: следующие слайды. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 25
Алгоритм проверки гипотезы Коваленко-Пашестюка • Данные по среднемесячной температуре воздуха взяты из архивов ВНИИГМИ-МЦД, Обнинск. • Период: 1881 -1977 гг. • Сеть: 810 ГМС Северного полушария. • Удалялись ГМС с данными менее 30 лет. • Для каждого года и каждого синоптического района вычислялась средняя температура зимних месяцев (XII, I, II). • Каждый ряд синоптического района разделялся на 3 ряда по величине диссимметрии: ряд № 1 – годы с диссимметрией меньше -0, 5 млн. км. ; ряд № 2 – годы с диссимметрией больше 0, 5 млн. км. ; ряд № 3 – остальные годы (удалялся из анализа). Находилась разность средних температур T=T 1 -T 2 и вычислялся критерий Стьюдента этой разности. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 26
Разность T=T 1 -T 2 средних зимних температур приземного воздуха по синоптическим районам в зависимости от диссимметрии Солнца Вывод: эффект есть, но, как оказалось, причина не в TSI, а в OSR! 2. 5 2 1. 5 1 0. 5 0 1 2 3 4 6 7 8 9 10111213151620212223242526272829303132333435363738 -0. 5 -1 -1. 5 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 27
Сумма аномалий январской приземной температуры воздуха по югу Западной Сибири и её оценка суммами ординат вектора смещения Солнца *) *) Завалишин Н. Н. // Оптика атмосферы и океана. 2009. Том 22, № 1 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 28
Нормированные коэффициенты линейной регрессии смещения Солнца на относительную влажность (Реанализ; декады; Н 300; Северное полушарие; 1949 -2012 гг. ) Вывод: проекция вектора смещения Солнца на линию Солнце-Земля снимает до 20% дисперсии относительной влажности на Н 300 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 29
УКР=( AN k) I 0 УДР= (1 -AN) I 0 Dk Атмосфера (1 - AN k) I 0 H 2 O, CO 2, … PL PC PH P 0 PL+PH+PC≡ 1 AC HC Криосфера PH Гидросфер а Литосфера h 0 =(1 - )PH 4. 10. 2011, Томск 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН IX ССКЭМ Схема энергетического дисбаланса Земли 30
Тепловая инерция Мирового океана: доли передачи тепла из глубинного слоя в верхний слой (3 варианта; L=25 лет) 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 31
Модель «альбедо→температура» *) • A- среднегодовое альбедо Земли в k-ом году, • T - среднегодовая температура (Кельвин) приповерхностной атмосферы, • N – «норма» , среднее за 1951 -1980 гг. (см. след. слайд) • K – индекс года, • z 0 – константа, характеризующая теплообмен верхнего и глубинного слоёв. • L – глубина (в годах) тепловой инерции Мирового океана, • ej – положительные коэффициенты, сумма которых равна единице. ________________ *) Завалишин Н. Н. Модель зависимости температуры приземной атмосферы от альбедо Земли и тепловой инерции гидросферы // Оптика атмосферы и океана. 2010. Том 23, № 6. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 32
Выбор периода для расчёта «норм» (минимум СКО SST на скользящем 31 -летнем интервале: 1951 -1980 гг. ) Завалишин Н. Н. Перспективная оценка температуры нижней тропосферы моделью «альбедо-температура» . //Оптика атмосферы и океана. 2011. Т. 24. № 1. С. 47 -51. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 33
*) Прогноз аномалий температуры тропосферы ________________ *) Завалишин Н. Н. Модель зависимости температуры приземной атмосферы от альбедо Земли и тепловой инерции гидросферы // Оптика атмосферы и океана. 2010. Том 23, № 6. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 34
Коваленко В. А. , Жеребцов Г. А. Влияние солнечной активности на изменение климата. // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. № 02. С. 134– 138. Дворецкая И. В. , Крученицкий Г. М. , Матвиенко Г. Г. , Станевич И. И. Астрономические факторы в долговременной эволюции климата Земли. // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. № 02. С. 139– 149. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 35
Модель «температура→альбедо» - - дополнение к альбедо k-го года, - температура приземной атмосферы k-го года (в градусах Кельвина), - «нормы» альбедо и температуры, Zo - относительная часть солнечной радиации, переданная в глубинный слой Мирового океана в среднем за один год, e j - константы, сумма которых равна единице Без учёта тепловой инерции Мирового океана (при Zo=0) ------------------ Завалишин Н. Н. О проблеме реконструкции среднегодовых значений альбедо Земли. // Оптика атмосферы и океана, 2014. - № 1. 36
Устойчивость модели реконструкции сферического альбедо Земли к сбою данных на разгонном участке с параметрами: L=80; Z 0=0. 5; AN=0. 31; A*(1)=0. 30; A*(2)=0. 32. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 37
Прогноз альбедо 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 38
28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 39
Z Барицентр Луна L Земля 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 40
Средняя длина периодов смены процесса в 2006 -2012 г. г. (в сутках) 6, 65 - LOD факт (стандарт среднего 0, 05 суток) 6, 82 - LOD по прогнозу Сидоренкова Н. С 6, 75 - кручение траектории Земли 5, 01 - естественный синоптический период (по данным Гидрометцентра Зап. Сиб УГМС) 6, 74 - по Вангенгейму Г. Я. (1961 -1973) 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 41
Число дней в году с W циркуляцией и годовые аномалии длины суток При увеличении длины дня (замедлении угловой скорости вращения Земли) годовое число дней с W циркуляцией уменьшается. Виноградова Г. М. , Завалишин Н. Н. Метеорология и гидрология. 2011. № 11. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 42
Частота случаев аномального развития Сибирского антициклона (давление в центре не менее 1040 г. Па) по периодам изменения угловой скорости вращения Земли ω ___________________________ Период Изменение ω К-во случаев В среднем за 10 лет ___________________________ 1901 -1932 ускорение 5 1, 6 1933 -1972 замедление 31 10, 0 1973 -2003 ускорение 8 2, 6 2004 -2009 замедление 6 10, 0 ___________________________ Виноградова Г. М. , Завалишин Н. Н. Антициклогенез приземного барического поля в зимний сезон, блокирование и Виноградова Г. М. , Завалишин Н. Н. нестабильность угловой скорости вращения Земли. //Метеорология и гидрология. – 2011, № 11. Стр. 42 -49. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 43
Основной вывод: Тренд на замедление угловой скорости вращения Земли, зафиксированный с начала нашего века, в ближайшие годы приведёт к блокировке западного переноса, усилению интенсивности Сибирского антициклона и, следовательно, к увеличению крупных отрицательных аномалий приземной температуры атмосферы в холодный период года в Сибири. Этот эффект значительно усилится, если альбедо Земли вернётся к значениям до начала 80 -х годов прошлого века. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 44
Перспективы исследований внутривековых изменений температуры тропосферы D = TSI/4 – OSR – OLR - годовой радиационный дисбаланс Земли, TSI - интегральный поток солнечной радиации (солнечная постоянная), OSR =A*TSI - отраженный поток коротковолновой радиации, A – альбедо, OLR - уходящая длинноволновая радиация. Согласны ли Вы с тем, что: ü Причиной современного потепления на 0, 6 о. С является радиационный дисбаланс Земли порядка D~1 -2 Вт/м 2. ü Межгодовые изменения солнечной постоянной имеют прядок ΔTSI ~0, 1 Вт/м 2 и поэтому не могут быть причиной современного потепления. ü В период 1980 -2000 г. г. альбедо уменьшилось на ΔА~0. 01 , что вызвало уменьшение OSR в среднем на ΔOSR ~1, 5 Вт/м 2 ü Уменьшение OSR вызвало потепление тропосферы, увеличение SST и, как следствие, увеличило эмиссию Н 2 О и СО 2 из Мирового океана, что изменило OLR. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 45
Если согласны, то, очевидно, альбедо – ключевой параметр и нам, прежде всего, необходимо иметь многолетний выверенный ряд сферического альбедо Земли. Варианты: а) создание международной комплексной методики инструментальных измерений альбедо; б) реконструкция альбедо на сотни лет в прошлое. Проект установки приборов на Луне для измерения элементов РБЗ: TSI, UV – на солнечной стороне OSR, OLR – на затенённой стороне Завалишин Н. Н. О проблеме реконструкции среднегодовых значений альбедо Земли // Оптика атмосферы и океана, 2014. - № 1. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 46
Сценарий современного потепления: • В 1982 году смещение Солнца из-за схождения в узком секторе тяжёлых планет ( «парад планет» ) достигло необычайно больших значений: 1, 4 млн. км. • Это вызвало изменение альбедо Земли, предположительно, через изменение влажности и через изменение химического состава верхней атмосферы под воздействием космических лучей (галактических и солнечных). • Альбедо уменьшилось на 0, 01 за период 1985 -2000 гг. , что увеличило поступление солнечной радиации, в среднем за год, примерно, на 1. 5 Вт/м 2. • Эта дополнительная энергия: а) подогрела атмосферу на 0, 6 градусов; б) прогрела Мировой океан. • С 2000 -х годов смещение Солнца стало уменьшаться и альбедо Земли стало возвращаться к своей норме, но медленнее, чем уменьшалось. • Излишки тепла, закаченные, в основном, в тропической зоне, возвращаются в верхний слой, выносятся течениями к полюсам, что приводит к уменьшению криосферы и, как следствие, к поднятию уровня Мирового океана. • Возврат альбедо к норме неизбежно вернёт температуру тропосферы к своей норме с задержкой на тепловую инерцию Мирового океана. • Северный ледовитый океан вернётся к обычной ледовитости , предположительно, через 20 -30 лет, если альбедо вернётся к норме. Вывод: моделирование и прогноз альбедо - ключ к пониманию внутривековых изменений климата. 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 47
Спасибо за внимание! 28. 11. 2014 ИМКЭС СО РАН 48
Скачать презентацию Альбедо Земли как ключевой фактор внутривековых изменений температуры
eabc33da3a7e7b930cd5991ae3c8c8e8.ppt