Отвъд геодезията

Защо моделирането на климата е важно

Нобеловата награда беше присъдена „за основополагащ принос към разбирането ни на сложните физични системи“. Тя се поделя между Шикуро Манабе и Клаус Хаселман „за физическото моделиране на климата на Земята, количественото определяне на променливостта и надеждно предсказване на глобалното затопляне“ и Джорджо Паризи „за откриване на взаимодействието на хаоса и колебанията във физическите системи от атомни до планетарни мащаби“. Защо моделирането на климата е важно?
Това вероятно е първият случай, когато Нобеловата награда за физика се дава за постижения в изучаване на атмосферата и климата, посочва проф. дфн Костадин Ганев от Националния институт по геофизика, геодезия и география към Българската академия на науките (НИГГГ-БАН).
От Националния институт по метеорология и хидрология (НИМХ) посочват, че моделирането на атмосферните процеси е в основата на съвременната метеорология.

  • Какви са постиженията на тримата наградени учени?
    През 60-те години на ХХ век японецът Сюкуро Манабе, развиващ дейността си основно в САЩ, разработва заедно с Джоузеф Смагорински първия модел на Глобална циркулация на атмосферата. През 1967 г. той и Ричард Уетералд от Лабораторията за геофизична флуидна динамика на NOAA показват, че концентрирането на парникови газове, включително въглероден диоксид, водни пари и озон в атмосферата може да повлияе на температурите. Тяхната статия е първото достоверно свидетелство за това, което днес наричаме глобално изменение на климата, посочва проф. Ганев и допълва, че работата им е довела през 1975 г. до първия триизмерен модел на глобалното затопляне.
    Манабе идентифицира дълбоките връзки между морето, сушата и атмосферата. Неговата революционна идея – да използва компютърните симулации, за да предскаже как температурите на повърхността на Земята се влияят от състоянието на атмосферата, е голям пробив, който дава на изследователите мощен нов инструмент за изследване на сложните климатични системи на Земята, посочва Ганев и отбелязва, че тази работа е в основата на всички съвременни климатични модели.
    Около десетилетие след основополагащата работа на д-р Манабе, д-р Хаселман създава модел, който свързва краткосрочните атмосферни явления – с други думи характеристиките на текущото време, с явленията и процесите, определящи климата, като например океански и атмосферни течения. С това д-р Хаселман успя да отговори на въпроса защо климатичните модели могат да бъдат надеждни, въпреки че времето е променливо и хаотично, обяснява проф. Ганев. Нещо повече, Хаселман разработи методи за идентифициране на различните механизми и процеси, които формират климата, включително на въздействието на човешката дейност върху глобалните температури, допълва българският учен.
    Работата на Хаселман, посочи Ганев, полага основите за изследване на влиянието на изменението на климата върху конкретни събития като суши, топлинни вълни, силни дъждовни бури.
  • Какво е климатът?
    Климатът е дългосрочен режим на метеорологичното време. Трудно може да се създаде моделиране на климата. Времето, за разлика от климата, е мигновено състояние на някои характеристики като температура, влажност, атмосферно налягане, валежи, вятър. Климатът в широк смисъл – глобален климат – характеризира статистическия ансамбъл на състояния на системата „атмосфера – хидросфера – земя – криосфера – биосфера“ в продължение на няколко десетилетия.
  • От кого зависи?
    Източник на енергия на системата „атмосфера – хидросфера – земя – криосфера – биосфера“ е слънчевата радиация. Въпреки факта, че около 31% от получената радиация се отразява обратно в космоса, останалата част е достатъчна за поддържане на атмосферните и океанските движения и за осигуряване на енергия за почти всички биологични процеси на Земята.
    Има и други астрономични фактори, освен лъчистата енергия на Слънцето: въртенето на земното кълбо около оста му причинява ежедневни промени във времето; движението на Земята около Слънцето и наклонът на оста на въртене към орбиталната равнина причиняват сезонни и географски разлики в метеорологичните условия. Ексцентрицитетът на земната орбита влияе върху разпределението на топлината между Северното и Южното полукълбо, както и върху големината на сезонните промени. Поради въртенето на Земята съществуват пасати и мусони, както и циклони, разказва Ганев.
    Описаните астрономични фактори на климата са всъщност най-лесни за отчитане в климатичните модели. Те „задвижват“ вече неколкократно споменатата система „атмосфера – хидросфера – земя – криосфера – биосфера“, но именно изключително сложните и многопосочни взаимодействия между атмосферата, хидросферата, земната повърхност, криосферата (снежните и ледени масиви) и биосферата са тези които обуславят детайлите на глобалния (а също регионален и локален) климат. Тези взаимодействия са нелинейни (а това означава, че енергетически малки въздействия понякога могат да имат много голям ефект) с многобройни прави и обратни връзки. Нещата още повече се усложняват, когато към системата се включи и антропосферата – човекът с неговите дейности и творения, отбелязва ученият.
    Поради всичките тези сложни и многопосочни взаимодействия системата „атмосфера – хидросфера – земя – криосфера – биосфера – антропосфера“ има хаотично поведение, което се поддава единствено на стохастично описание. Намирането на закономерностите в този хаос, това всъщност е задачата за моделиране на климата и голямото научно постижение на Манабе и Хаселман, отбелязва Ганев.
  • Третият награден
    Той посочва, че не е случайно, че третият награден е Джорджо Паризи. Италианецът Паризи успява да открие закономерности в поведението на неподредени сложни материали. В по-широк план неговите открития лежат в основата на теорията за сложните системи като цяло.
  • Общото между всички
    Общото между работите на Манабе и Хаселман и тази на Паризи е именно сложността и умението тя да се опише. В края на краищата климатът на Земята е сложна система и ключът към разбирането й е способността да се види подреденост в очевидния хаос на метеорологичното време, посочва Ганев. Друго основно и нетривиално свойство на сложните системи е, че много малка промяна в един от параметрите може да доведе до огромни общи промени в цялата система. Това обяснява и ефекта на въглеродния диоксид – много малка промяна в неговото съдържание има огромно въздействие върху климата на Земята като цяло.
    Приложимо ли е?
    Работите на Манабе и Хаселман са не само научен пробив, който постави началото на мащабни изследвания на климата по цял свят, но те имат голямо и непосредствено приложно значение. Глобалното затопляне не означава просто повишаване на средните температури. То е следствие от настъпващите изменения в глобалната циркулация на системата „океан – атмосфера“, които водят до изменения не само на температурите, но и на пространствено-времевото разпределение на валежите, оттам на глобалните водни баланси, до изменение на характера, повторяемостта и пространственото разпределение на екстремни, неблагоприятни и катастрофални явления (засушавания, бури, градушки, наводнения, пожари, морски вълнения, ерозия на почвите и т.н.), посочва проф. Ганев. По думите му всички тези промени ще оказват влияние върху екосистемите, върху практически всички отрасли на стопанството и в крайна сметка върху качеството на живота. Това, от своя страна, обуславя необходимостта от разработване на планове и система от мерки насочени както към смекчаване, така и към адаптация към глобалните климатични промени.
    За практическата насоченост на научните открития на тазгодишните нобелови лауреати по физика от НИМХ обясняват, че за да знаем докъде ще стигне климатичната ни система, как да се погрижим да не излизаме от границите на допустимото, помагат научните работи в численото моделиране.
    Съставянето на числени симулационни модели е изключително продуктивен подход, което определя крайъгълното му положение в почти всички направления на съвременната метеорология, посочват от НИМХ.

Автор

Geomedia Magazine

И все пак тя се върти…
Rotating_earth
Rotating_earth
От категорията
  • Най-накрая дигитализират фонда на две галерии
    Най-накрая дигитализират фонда на две галерии

    В течение на няколко месеца Националната галерия (НГ) и Софийската градска художествена галерия (СГХГ) работят съвместно с Анимо Софтуер ООД за реализирането на проекта „Интегрална

  • Важни изложби в БАН днес
    Важни изложби в БАН днес

    В Националния археологически институт с музей при БАН /НАИМ-БАН/ ще бъде подредена изложбата „Време, материя и дух: Реставрацията в Националния археологически институт с музей при

  • Покана за участие във фотоконкурс за геодезисти
    Покана за участие във фотоконкурс за геодезисти

    „ФОТОКОНКУРС`2021“, организиран от Съюза на геодезистите и земеустроителите, е актуален! Краен срок за изпращане на снимките е 30 октомври 2021 г., на e-mail: office@geodesy-union.org. След

Гео-портал на минестерството на отбраната

Contact Us