Физики рассчитали, в каком случае «эффект бабочки» приведет к климатическому хаосу

FacebookTwitterGoogleVkontakteOdnoklassnikiEmail this page


Продолжаем рубрику «у нас». Физики Уральского федерального университета рассчитали, как будет меняться климат под воздействием случайных факторов или «шума» (изменение различных параметров). В результате они получили сценарии развития, которые не имеют аналогов – подчеркивает пресс-служба вуза. Модели ситуаций опубликованы в статье в одном из авторитетнейших физических журналов Physics Reports.

Фото: iStock

— Изменение климата связано со множеством параметров — скорость таяния льдов, опреснение мирового океана и изменение его температуры, уровень углекислого и других газов в атмосфере и прочие параметры. Взаимосвязь между ними и определяет траекторию динамики климата. Но просчитать эту траекторию невозможно, так как система слишком сложная. Кроме того, существуют возмущения, которые эту систему выводят из нормального состояния, — пояснил профессор кафедры теоретической и математической физики УрФУ Дмитрий Александров. — Мы ставили цель выявить, насколько сильно непредсказуемые факторы влияют на динамику климата. И как показали расчеты, стохастическое воздействие может изменить климат совершенно неожиданно. Как „эффект бабочки“, когда небольшое возмущение приводит к непредсказуемым последствиям.

Изучив детерминированные матмодели с исходными данными, ученые добавили в них стохастический фактор (критерии, которые не учитывают существующие модели) и показали, что необходимо, чтобы климат перешел от теплого состояния к холодному (например, два устойчивых равновесия, между которыми система может переключаться). Так, две двумерные модели поясняют связь между средней глобальной температурой мирового океана и массой морского льда и взаимосвязь температуры и растительности. В первом варианте случайные факторы могут создавать колебания климата и стать причиной климатического хаоса. Во втором — шум с нарастающей интенсивностью может привести к постепенному снижению средней температуры и вызвать катастрофический сдвиг климатической системы к состоянию, когда Земля из покрытой растительностью превратится в снежный ком.

— Мы выявили условия, при которых климатическая система может быть выведена из состояния равновесия в режим осцилляций с большими перепадами температуры атмосферы и площади ледников. Причем для этого необязательно дожидаться глобальной катастрофы типа падения большого метеорита. В статье описаны ситуации, когда даже малые возмущения, вызываемые, на первый взгляд, несущественными факторами — например, плотность облаков — могут сделать поведение климатической системы непредсказуемым, то есть хаотическим, — поясняет профессор кафедры теоретической и математической физики УрФУ Лев Ряшко.

Трехмерные модели учитывают состояние континентального и морского льдов, среднюю температуру мирового океана, концентрацию углекислого газа в атмосфере, массу льдов, площадь антарктического континентального ледяного щита. Кроме того, физики учитывали астрономический форсинг (параметры орбиты и наклон Земли). Расчеты по этим моделям показали, что даже небольшой случайный шум может вызвать серьезные колебания системы, после которых она перейдет от порядка к хаосу.

— Так как влияние всех переменных просчитать нельзя, мы взяли простые модели и сделали „срез“ сложной динамической картины меняющегося климата. И если новое динамическое явление есть в простой модели, то оно содержится и в более сложной системе, — поясняет Дмитрий Александров.

Отметим, результаты исследования — итог пятилетней работы по многомасштабному математическому моделированию. Проект поддержал РНФ (№ 16-11-10095). Расчеты физиков помогут составить климатические модели, учитывающие современное положение вещей и более адекватно описать состояние климата.

Для Архангельской области подобные расчеты крайне интересны. Ведь впереди стоит задача по освоению Арктики с ее хрупкой природной красотой. Соответственно, чем точнее удастся просчитать последствия тех или иных решений, тем эффективнее и безопаснее для природы будет освоение.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: