Физико-математическое моделирование процессов, происходящих в криосфере и при ее взаимодействии с атмосферой Е. Мачульская Научно-исследовательский вычислительный. - презентация

1 Физико-математическое моделирование процессов, происходящих в криосфере и при ее взаимодействии с атмосферой Е. Мачульская Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М.В.Ломоносова «Ломоносовские чтения-2009»

2 План сообщения «Ломоносовские чтения-2009», 23 апреля 2009 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Введение Возможные подходы к моделированию процессов в снежном покрове Многолетняя мерзлота в климатических моделях Заключение, дальнейшие направления исследования

3 Введение Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Задача: оценка возможных изменений климата в будущем Постановка натурных экспериментов затруднена или невозможна Основной метод – математическое моделирование Необходимо правильное воспроизведение современного климата «Ломоносовские чтения-2009», 23 апреля 2009

4 Введение Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Снежный покров: Высокая отражательная способность (альбедо) Низкая теплопроводность Накопление воды в течение длительного периода Многолетняя мерзлота: Территория, занимаемая многолетней мерзлотой, составляет четверть поверхности суши Северные экосистемы – наиболее уязвимы при глобальном изменении климата Площадь, занимаемая многолетней мерзлотой, будет сокращаться, а глубина активного слоя увеличиваться (IPCC, 2001) Экосистемы: от поглощения углерода – к его эмиссии (?) более быстрый сход снега уменьшение альбедо поверхности положительная аномалия температуры большее количество поглощенной солнечной радиации «Ломоносовские чтения-2009», 23 апреля 2009

5 Климатическая модель Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Модель общей циркуляции атмосферы ИВМ РАН: горизонтальное разрешение 4 х 5 градусов 21 уровень по вертикали шаг по времени: динамика + физика атмосферы 12 минут физика подстилающей поверхности 1 час радиация 3 часа Физика подстилающей поверхности: модель «почва – растительность – снег – приземный слой атмосферы» (23 уровня в почве, 4 уровня в снеге) может работать автономно «Ломоносовские чтения-2009», 23 апреля 2009 Снег Почва Испарение Осадки Поверхностный сток Подповерхностный сток Сток через нижнюю границу

6 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Модель подстилающей поверхности «Ломоносовские чтения-2009», 23 апреля 2009 Снег Почва Испарение Осадки Поверхностный сток Подповерхностный сток Сток через нижнюю границу

7 Модели снежного покрова Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Теплопроводность Таяние снега наступает, если температура его поверхности > 0°C Теплопроводность Вода в жидком состоянии: просачивание, повторное замерзание Уплотнение под действием силы тяжести и метаморфизма Проникновение солнечной радиации Описываемые процессы (ctrl)(new snow) «Ломоносовские чтения-2009», 23 апреля 2009

8 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Результаты «Ломоносовские чтения-2009», 23 апреля 2009

9 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Одномерные эксперименты Вертикальный профиль температуры почвы «Ломоносовские чтения-2009», 23 апреля 2009

10 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Многолетняя мерзлота в модели ОЦА Среднее за 17 лет содержание льда в почве в августе, контрольный эксперимент (толщина «мха» 1 см) То же, толщина «мха» 8 см Наблюдаемое распространение многолетнемерзлых пород «Ломоносовские чтения-2009», 23 апреля 2009

11 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Торфяники – самостоятельный тип почвы. Лесные сообщества: затенена поверхность почвы вечная мерзлота может существовать, даже если на прилегающей открытой территории ее нет. Оценка эмиссии метана. Сценарные эксперименты. Дальнейшие направления исследования «Ломоносовские чтения-2009», 23 апреля 2009

12 Спасибо за внимание!

13 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Многолетняя мерзлота в модели ОЦА «Ломоносовские чтения-2009», 23 апреля 2009