Исследование глобального углеродного цикла на основе математического моделирования в рамках линейных и нелинейных моделей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.12, кандидат наук Алтунин, Иван Васильевич

• Алтунин, Иван Васильевич
• кандидат наук
• 1983

Оглавление диссертации кандидат наук Алтунин, Иван Васильевич

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава I. Обзор и анализ литературы, посвященной проблеме С02» Цель и задачи работы.

1.1. Цель и задачи работы

1.2. Экспериментальные данные, касающиеся проблемы СО2*

1.3. Прогнозы энергопотребления человечеством в будущем

1.4. Обзор и анализ моделей источника СО2. обусловленного сжиганием ископаемого топлива

1.5. Обзор и анализ работ по моделированию углеродного цикла

Глава 2. Моделирование антропогенных источников С02»

2.1. Моделирование антропогенного источника СО2» обусловленного сжиганием ископаемого топлива

2.2. Моделирование антропогенных биосферных источников С02

Глава 3. Моделирование углеродного цикла в рамках моделей различной степени сложности с учетом антропогенных источников 002«

3.1« Физические процессы, определяющие круговорот углерода в масштабах времени десятки-сотни лет. Основные математические соотношения для обменных потоков

3.2. Моделирование углеродного цикла в рамках 4-х блочной модеяи(МИ41)

3.3. Моделирование углеродного цикла в рамках 5-ти

блочной модели(МЛ51)

3.4. Моделирование углеродного цикла в рамках 7-ми блочной модели при линейном описании взаимодействия атмосферы и биоты суш

3.5. Моделирование углеродного цикла в рамках 7-ми блоч-

них нелинейных моделей

3.6. Чувствительность результатов расчетов уровней атмосферного ОО2 к вариациям начальных данных и модельных параметров .••...••

3.7. Анализ результатов моделирования углеродного цикла в рамках 4-х, 5-ти и 7-ми блочных моделей

Глава 4. Влияние углекислого газа на климат.

4.1. Современное состояние проблемы влияния СО2 на климат

4.2. Некоторые оценки возможного изменения среднеглобаль-ной температуры воздуха при изменяющейся концентрации С02

Заключение

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование глобального углеродного цикла на основе математического моделирования в рамках линейных и нелинейных моделей»

ВВЕДЕНИЕ

Исследование глобального биогеохимического цикла углерода представляет собой первооснову проблемы воздействия С02 на климат. Действительно, в последние два десятка лет экспериментально было установлено, что содержание углекислого газа в атмосфере постоянно растет. Как известно, С02 является важным компонентом естественной климатической системы: он вместе с парами воды и некоторыми другими газами формирует парниковый эффект атмосферы, вследствие чего средняя приповерхностная температура воздуха приблизительно на 35 К вше ее радиационной температуры, равной около 253. К При отсутствии углекислого газа среднеглобальная температуравоздуха у поверхности была бы приблизительно на 6,5 К меньше нынеиней

Источником нарушения естественного кваэиетационарного цикла углерода является человеческая деятельность. Сжигание ископаемого топлива и антропогенное воздействие на биосферу (растительность и почвенный гумус) приводят к тому, что в атмосферу ежегодно выбрасывается до 10 Г»п углерода (I Гт. « 10*. т). Однако не весь выбро-венный в атмосферу антропогенный углерод остается в ней: часть поглощается океаном, часть - биосферой. Все возраставшие масштабы хозяйственной деятельности человека будут приводить к еще большим выбросам С02 в атмосферу, что, в свою очередь, может повлечь 8а со бой и повышение среднеглобальной температуры воздуха вследствие усиления парникового эффекта. Во многих предыдущих работах по моделированию глобального углеродного цикла делался вывод о том,что в будущем возможно возрастание концентрации углекислого газа в атмосфере в 6-9 раз по сравнению с уровнем 1860 года. Такое возрастание концентрации атмосферного С02 может повлечь за собой значительные изменения в термическом режиме атмосферы.

Таким образом, актуальность исследования глобального круговорота углерода при наличии антропогенных источников С02 (сжигание ископаемого топлива и воздействие на биосферу) определяется той большой ролью, которую играет углекислый газ в атмосфере и представляет не только научный, но и большой практический интерес.

Целью настоящей работы является исследование глобального нестационарного углеродного цикла с помощью математических моделей различной степени сложности и с учетом антропогенных источников С02. В работе проводится моделирование антропогенных источников С02 обоих видов на основе анализа хозяйственной деятельности человека за индустриальную эпоху (с 1860 г. по настоящее время) и с учетом прогнозов специалистов по энергетике о возможных потреблениях энергии человечеством в будущем, а также делаются оценки возможного изменения температуры воздуха у поверхности при изменяющейся концентрации С02.

Диссертация состоит из Введения, четырех глав и Заключения.

Первая глава посвящена обзору и анализу работ, относящихся к данной проблеме. В ней пригодятся основные экспериментальные данные, касающиеся проблемы СО2: увеличение С02 в атмосфере, данные о потреблении ископаемого топлива, а также обширные данные, подтверждающие реальность существования антропогенного биосферного источника. На основе приводимых экспериментальных данных далее проводится анализ моделей антропогенного промышленного источника С02. Показано, что многие используемые ранее в моделях углеродного цикла источники оказываются не совсем согласованными с прогнозами специалистов по энергетике. В этой же главе проводится обзор и анализ опубликованных ранее работ по моделированию глобального углеродного цикла. В результате проведенного анализа делается вывод о том, что полученные ранее оценки возможного содержания углекислого газа в атмос-

фере следует считать завышенными.

Во второй главе проводится моделирование антропогенных источников С02 обоих видов на основе экспериментальных данных, приводимых в главе I. Предлагаемые соотношения для аналитического описания антропогенного выброса С02 вследствие обоих источников позволяют как удовлетворить истории хозяйственной деятельности человека га индустриальный период, так и согласовать промышленный выброс С02 в будущем с энергетическими прогнозами.

Третья глава посвящена непосредственно моделированию глобального углеродного цикла. Вначале на. основе анализа имеющихся экспериментальных данных делается обоснование принимаемых в работе основных соотношений для описания потоков углерода из одного резерв вуара в другой. Затем проводится математическое моделирование, углеродного цикла в рамках А-х блочной, 5-ти блочной, 7-ми блочной ли-г нейных, а также 7-ми блочной нелинейной моделей углеродного цикла.

В случае 4-х блочной модели основными резервуарами являются атмосфера, биосфера как единое целое, поверхностный (толщиной 75м) и глубинный океан. В 5-ти блочной модели биосфера разделяется на биоту суши и почвенный гумус. Затем фитопланктон и продукты его жизнедеятельности выделяются из поверхностного океана в отдельные резервуары и таким образом получается 7-ми блочная модель. Семи-бяочная нелинейная модель отличается от семиблочной линейной формой описания потока С02 из атмосферы в биоту суши и учетом зависимости буферного коэффициента от атмосферного содержания С02. В рамках 7-ми блочной линейной и нелинейной моделей были проведены численные эксперименты по выявлению роли антропогенного биосферного источника в глобальном углеродном цикле. Показано, что результаты будущих уровней атмосферного С02 определяются главным образом точностью задания антропогенных источников С02 обоих видов за период с 1860 г.

по 1970 г., на котором производится калибровка моделей. Численные эксперименты показали также, что результаты расчетов содержания углерода в атмосфере слабо зависят от степени сложности моделей.

В этой же главе приводятся результаты исследований о влиянии существующих неточностей в задании значений начальных данных и модельных параметров на результаты расчетов и делается вывод о том, что они не сказываются значительно на расчетах будущих уровней углекислого газа в атмосфере. В заключение этой главы проводится анализ полученных результатов и их сравнение с ранее опубликован? ными работами. Максимальное расчетное содержание С02 в атмосфере, полученное в проведенных численных экспериментах, не превышает 3-х кратного уровня 1860 года, что существенно ниже 6-9 кратных увеличений, полученных в ряде предыдущих работ. Основная причина различий заключается в том, что в данной работе учтен антропогенный биосферный выброс углекислого газа и задан более реалистичный источник промышленного углерода.

В четвертой главе проводится краткий обзор работ по изучению влияния возрастающей концентрации углекислого газа в атмосфере на климат и, в частности, на термический режим атмосферы. Современное состояние данного аспекта проблемы С02 не позволяет пока что сде^ лать каких-либо определенных выводов о возможных изменениях сред-неглобальной температуры воздуха у поверхности. Однако мы все же провели некоторые ©щенки возможного изменения данной климатической характеристики на основе расчетов уровней С02 в атмосфере по 7-ми блочной линейной модели и климатической модели "нулевой размерности", развитой Дикинсоном. Оказалось, что возможное повышение сред-неглобальной температуры воздуха у поверхности вследствие увеличения концентрации С02 в атмосфере за индустриальный период лежит в

- 8 -

пределах ее естественной изменчивости.

В Заключении сформулированы основные результаты настоящей работы*

Научная новизна и практическая ценность данной работы состоит в следующем:

1. Предложена новая форма аналитического описания антропогенного промышленного источника С02, согласованного с историей потребления органического топлива и энергетическими прогнозами.

2. На основе анализа имеющихся экспериментальных данных смоделированы антропогенные биосферные источники С02. Предложено два. сценария для описания антропогенного биосферного выброса углерода.

3. В результате проведенных численных экспериментов показано, что учет в моделях глобального углеродного цикла антропогенного биосферного источника С02 приводит к уменьшению, а не к увеличению будущих расчетных уровней атмосферного углекислого газа.

4. На основе проведенных численных экспериментов показано, что расчетные уровни атмосферного С02 определяются главным образом мощностью антропогенных источников С02 обоих видов за индустриальный период, на котором производится калибровка моделей, и слабо зависят от степени сложности моделей.

5. В работе дан прогноз возможного содержания С02 в атмосфере до 2030 г. через каждые 10 лет.

6. Максимальное расчетное содержание углекислого газа в атмосфере не превышает 3-х кратного уровня 1860 г. Эта оценка существенно ниже 6-9 кратных увеличений, полученных в ряде предыдущих работ по моделированию углеродного цикла.

7. Небольшое (по сравнению с ранее полученными оценками) мак-

•им ^ тт

симальное расчетное содержание С02 в атмосфере в будущем позволя-> ет сделать вывод о том, что нроблема С02 не является угрожающей в смысле возможных изменений климата как это следует из ранее опубликованных работ по данной проблеме*

8. Проведенные е помощью простой климатической модели "нулевой размерности" оценки возможного изменения среднеглобальной температуры воздуха га индустриальный период показали, что они лежат в пределах естественной изменчивости данной климатической характеристики.

• Основные результаты работы докладывались на 7П Всесоюзной вколе по математическому моделированию сложных биологических систем (Москва, февраль 1980 г.), на Всесоюзной конференции "Моделирование климата, его изменений и колебаний" (Ленинград, апрель,.............

1980 г.), на заседании рабочей группы ££5/4МР по обмену загрязнений между атмосферой и океаном (Таллин, май 1981 г.), на заседав нии сессии ИАНФА(Гамбург, август 1981 г.), на Всесоюзном семинаре "Математическое моделирование геохимических циклов.в системе атмое-фера-океан-биосфера" (Севастополь, ноябрь 1981 г.), на конференции молодых ученых и специалистов 1Т0 им.А.И.Воейкова (Ленинград, де-

* кабрь 1981 г.) и опубликованы в следующих работах:

1. Борисенков Е.П., Алтунин И.В. Некоторые результаты математического моделирования углеродного цикла в системе атмосфера-био-сфера-океан. В сб. "Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Модели-^ рование климата, его изменений и колебаний", Ленинград, 1980, с.26.

2. воп'ьепКоЧ £. Р., /\Цип»'п 2. V. Яе$и 1~Ь> е^ и«*«е.г<*сл/ /ттоУеА'л^

-Ьке сагкаи Ы -6ке а^ме^рке-Ге- - осееи» вучЛ***-

1АМ&Р 5сГе»1фс а^е-ыМу , 13М, л

ц Ргф^га^в Окне/ . /оАЯ-

3. Борисенков IJL, Алтунин Й.В. Моделирование углеродного цикла в системе атмосфера-океан-биосфера в рамках линейной и диффузионной моделей. Метеорология и гидрология, 1983, » 3, с.57-63. tj.ßon'se.n/eo* f. P., AltunCn I.V. MeJel¡*g oj- gleba!

carh&h cycfe ih ~the aimospkere - ocean - bios/oktre syS-Ltfn . 2и : Inie grai^J y/ebaf есеаи krt o (* ! {q rC н <j (МОь/вс). Vite Jtrsí t*íer*aí<'Gna I sympostufn . î/SSR , /*//(*,

0de her Z~!Ô, 1f¡%5. A bsirac is. Mes^cuS, &;Jr<s»«e ieo L 3- da 1Ъ%33р.

Г1Ш I. ОБЗОР И АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ, ПОСВЯЩЕННОЙ ПРОБЛЕМЕ С02. ЦЕЛЬ Я ЗАДАЧ! РАБОТЫ.

1*1* Цель и задачи работы.

Возрастающие масштабы хозяйственной деятельности человека привлекает все большее внимание к оценкам возможных антропогенных выбросов в атмосферу и обусловленных ими антропогенных изменений климата* Наибольший интерес вызывает в этой связи тот аспект этих многоплановых исследований, который касается возможных изменений концентраций углекислого газа в атмосфере и их влияния на парниковый эффект атмосферы, а также последствий усиления парникового эффекта для климата будущего [6-10,14,17 и др.] • Дискуссия по этой проблеме, называемой проблемой С02, начатая еще в начале текущего столетия, а затем "вспыхнувшая" в 50-х годах, снова оказалась в центре внимания и порой порождает весьма противоречивые суждения

[т].

Толчком к возобновлению исследований по проблеме С02 в последние годы явились экспериментальные данные [23,59,7б], показавшие, что общее содержание углекислого газа в атмосфере постоянно растет. За период с 1860 г. (время, принимаемое обычно за начало индустриальной эпохи) по 1970 г. концентрация С02 в атмосфере выросла с 290 млн"1 до 330 млн""1, т.е. почти на 14-%. Анализ глобального круговорота углерода показал [§4|] , что это возрастание концентрации обусловлено не естественными источниками и стоками, которые приблизительно компенсируют друг друга, а антропогенными факторами, в частности, сжиганием органического топлива. Причем, оказалось, что в атмосфере остается не весь полученный при сжигании ископаемого топлива углерод: доля остающегося год от года колеблется, но в среднем е 1860 г. но 1970 г. составила около 65%. Остальные 35%$

видимо, были поглощены океаном и биосферой.

Очевидно, оценки концентраций С02 в атмосфере в будущем можно получить на основе математического моделирования глобального углеродного цикла. Данному вопросу, представляющему первооснову проблемы С02, было посвящено ряд исследований [23,48,83,94] »которые показали, что в будущем возможно возрастание содержания углекислого газа в атмосфере в 6-9 раз по сравнению с уровнем 1860 года. Следует, однако, подчеркнуть, что.в отмеченных работах учитывался лишь антропогенный источник С02, обусловленный сжиганием органического топлива. Такое возрастание уровня атмосферного С02 может привести вследствие парникового эффекта к существенным изменениям термического режима атмосферы [47,79],

Анализ работ по моделированию углеродного цикла, в которых -учитывался только промышленный источник С02 (сжигание ископаемого топлива), показал (см.гл.1 настоящей работы), что расчетные уровни атмосферного С02 в большой степени зависят от мощности задаваемого в модели антропогенного источника: чем больше максимальная скорость выброса, тем больше и максимальное расчетное значение концентрации С02 в атмосфере. Однако из анализа работ, посвященных энергетическим прогнозам (см.§ 1.2, 1.3), следует, что практически все используемые ранее источники промышленного С02, оказываются не согласованными с энергетическими прогнозами и в своем максимуме намного превосходят те возможные уровни потребления человечеством органического топлива, которые предполагаются прогнозами специалистов по энергетике. Более того, в работах [23,48,83,94] даже не делается элементарных оценок возможного энергопотребления на дужу населения при тех мощностях выброса промышленного углерода, которые предполагаются отмеченными работами.

Таким образом, одной из причин, по которой в ряде предыдущих

работ по моделированию углеродного цикла получались большие расчетные уровни С02 в атмосфере, является то, что в них заданы завышенные источники промышленного С02. Вторая причина заключается в следующем.

Уже с середины 70-х годов появились публикации, показывающие, что в атмосферу, наряду с промышленным, выбрасывается и антропогенный углерод биосферного происхождения. Этот антропогенный источник обусловлен воздействием человека на биосферу (растительность суши и гумус почв). В процессе своей деятельности человечество непосредственно сжигает большое количество древесины, что приводит-к дополнительным поступлениям антропогенного С02 в атмосферу. Большие количества биосферного углерода поступают в атмосферу при распахивании целинных и залежных земель: при этом в верхнем слое.поч^ вы происходит ускорение процессов гниения и разложения гумуса, что

влечет эа собой антропогенно обусловленное увеличение потока С02........

из биосферы в атмосферу [48,55,58,99]. Первые оценки мощностей антропогенного биосферного источника колебались весьма значительно.. Однако последние публикации на эту тему, в частности [93], позволяют сделать вывод о том, что антропогенный биосферный выброс С02 реально существует и его мощность за индустриальную эпоху сравнима с вкладом промшленного источника. Поэтому антропогенный биосферный источник С02 также необходимо учитывать в моделях нестационарного. глобального углеродного цикла. Можно с помощью простых оценок (см. §3.7) показать, что введение в модель биосферного источника приводит к уменьшению, а не к увеличению будущих расчетных уровней С02*

Исходя из вышеизложенного следует признать, что все полученные до этого оценки возможных уровней углекислого газа в атмосфере в будущем являются завышенными. Поэтому основной целью настоящего исследования является оценка возможных концентраций С02 в атмосфере

на основе математического моделирования нестационарного глобального углеродного цикла с учетом антропогенных источников С02 обоих видов (сжигание ископаемого топлива и воздействие на биосферу), В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующее задачи:

X* Проводится анализ экспериментальных данных, касающихся проблемы С©2.

2. Проводится анализ прогнозов специалистов по энергетике возможного энергопотребления человечеством в будущем.

3. Анализируются источники промышленного С02, задаваемые в предыдущих работах по углеродному циклу. _...

Анализируются работы по моделированию глобального углеродного цикла.

5. Проводится моделирование антропогенных источников С02 обоих видов и согласование промышленного источника С02 с энергетическими прогнозами.

6. В рамках моделей различной степени сложности проводится моделирование глобального углеродного цикла с учетом антропогенных источников С02 обоих видов и на этой основе делается оценка возможных уровней атмосферного С02 в будущем.

7. С помощью простой климатической модели "нулевой размерности" в работе проводится также оценка возможного изменения сред-неглобальной температуры воздуха до 2100 года при раечитанных по моделям углеродного цикла уровнях атмоефервого С02*

1*2. Экспериментальные данные, касающиеся проблемы С02-

I. Увеличение содержания С02 в атмосфере.

Надежные инструментальные наблюдения за общим содержанием углекислого газа в атмосфере стали проводится с середины 50-х годов нашего столетия на ряде станций [23,59,761 . На рис.| приведе ны результаты измерений общего содержания С02 в атмосфере на четы рех станциях, взятые из работ [23,59,7б]. Отчетливо видно, что в среднем общее содержание углекислого газа постоянно растет. Напри мер, по данным станций.на Южном полюсе и Мауна Лоа концентрация с 312-314 млн"1 в 1958 г. выросла до 330-332 млн^в 1975 году................

В проблеме С02 принято считать, что началом активного вмешательства человека в естественный углеродный цикл является 1860 г. Эта дата обычно принимается за начальный момент времени и при . -оценках сельскохозяйственной деятельности человека, производства энергии, добычи ископаемого топлива и т.д. (Хотя, несомненно, и ранее антропогенные выбросы в атмосферу С02.и других веществ были существенны). Прединдустриальное значение концентрации СЮ2 в атмосфере точно не известно. Имеющиеся экспериментальные данные* на пример [61], не очень надежны. Более достоверными являются данные восстановленные с помощью моделей углеродного цикла [82] и изотоп ного анализа годичных кодец деревьев [4й]. Наиболее вероятное зна чение, полученное с помощью этих методов, находится, по-видимому, в интервале 286-295 млн"1. Если считать, что среднее значение кон центрации в 1860 г. составляло 290 млн"1, а в 1970 г. - 330 млн"1 то увеличение составляет 40 млн"* или около 14% по сравнению с уровнем 1860 года. В пересчете на углерод содержание с 615 Гт в 1860 году выросло до 700 Гт в 1970 году, т.е. прирост составил 85 Гт углерода.

С0гзплн

-1

ззо 320 310

3 so 3ю

у...

J»

л л»-.'** »

" •• А -

*• * —

- I ri -I l I t 1 vl 1 I I \ I I I -

t I » 1 I I I ! I t i I 1 1 » I I

33Ô -

1959

« €3

1368

W3

Рис.1. Рост концентрации атмосферного СО^ по данным измерений наЛ-х станциях. а - станция на м.Бэрроу (73°c.i.); б - данные самолетных измерений на Скандинавском полуострове ( 55°с.ш.); в - станция Мауна loa (I9°c.i.); г - станция на Южном полюсе [7б]•

«

Мы здесь не рассматриваем методы измерений общего содержания

* С02 в атмосфере, существующие сезонные, широтные вариации - эти вопросы выходят за рамки настоящей работы. Для нас важна общая тенденция - в среднем общее содержание углекислого газа в атмосфере за индустриальный период постоянно росло.

2. Сжигание ископаемого топлива: экспериментальные данные.

Одним из источников увеличения С02 в атмосфере является сжигание ископаемого топлива. Детальные вычисления индустриального производства С02 вследствие данного антропогенного источншка, ос-

* неванные на данных Организации Объединенных Наций, были выполнены Килингом в 1973 г. [72] . Добавление к вычислениям Килинга сделал в 1977 и 1981 гг. Ротти [88-90] . Кроме этого оценку для выброса

С02 за период с 1860 г. по 1970 г. можно сделать, используя данные

института

отчета международногб^ТГрикладного системного анализа (ПА 5 А) в Вене о производстве энергии за индустриальный период [68]. На рис.2 взятом из работы [72] приведен график ежегодного выброса углерода вследствие сжигания ископаемого топлива. В этой же работе, а также в работе [89] приведены таблицы по ежегодной добыче угля, нефти и природного газа в различных регионах и для всего Земного шара в

* целом. В соответствия с дан»«, упомянутых работ можно сч.тать,что скорость выброса углерода при сжигании органического топлива в 1970 г. составляла около 5 Гт/год. Интегральный выброс за ПО лет (с 1860 г. по 1970 г.) равнялся около 130 Гт углерода.

Приблизительно такие же величины для характеристики промышленного источника С02 можно получить, используя данные отчета ПА йк [63] о ежегодном глобальном производстве энергии, которые приведены на рис.З . Например, если принять, что доля углерода в иско-

« паемом топливе составляет 0,8, то для суммарного выброса за индустриальную эпоху по данным рис.5 получается величина ©кол© 127 Гт

Рис.2. Ежегодный выброс антропогенного углерода при сжигании органического топлива [89].

»

Рис.3. Ежегодное мировое производство энергии в пересчете._ на угольный эквивалент [бв]. Прямая линия соответствует 2-х процентному ежегодному приросту.

«

углерода.

Таким образом, приведенные вше значения для скорости выброса углерода вследствие сжигания ископаемого топлива и суммарный выброс за НО лет, взятые из работ [72,88-90] , мы будем использовать в дальнейшем в качестве исходных экспериментальных данных, на основе которых мы будем определять другие необходимые при моделировании промышленного источника С02 параметры.

Обращаясь к экспериментальным данным о сжигании ископаемого топлива и о реальном увеличении углекислого газа в атмосфере, можно видеть, что не весь промышленный Ш2 остается в атмосфере. На рис.Ч для небольшого промежутка времени показан промышленный выброс С02 и его увеличение в атмосфере. Четко видно, что не весь выброшенный углекислый газ остается в атмосфере. Бели же брать весь индустриальный период (с 1860 г. по 1970 г.), то картина здесь следующая: суммарный выброс промышленного углерода составил около 130 Гт, тогда как прирост в атмосфере составил около 85 Гт.

В дальнейшем при аналитическом описавии антропогенного промышленного источника С®2 нам потребуется величина того количества углерода, которое будет получено при сжигании всех имеющихся на Земле запасов органического топлива. Очевидно, точно знать эту характеристику невозможно. Причиной неточности является тот простой факт, что в отдельных странах практикуются неодинаковые методы подсчета ресурсов, группировок ресурсов по категориям изученности, возможностям извлечения и т.д. Имеющиеся в литературе данные колеблются от #000 Гт углерода до 10 ООО Гт [23,33,48,83,94,97] . Наиболее вероятной является, видимо, оценка около 6000 Гт, которую мы и будем использовать при расчетах. 1

0

1

а: 5

-г

т и

-^ / -л

-

I 1 1 »

1350

то

то

РисЛ. Выброс промшленного С02 (кривая I) и его реально© увеличение в атмосфере (кривая 2) [23].

Выброс СО2 вследствие воздействия человека иа экспериментальные данные»

антропогенным источником, который нарушает естественный цикл углерода, является воздействие человека на биосферу, под которой мы здесь и далее будем понимать биоту суши (лееа, кустарники, травы и т.д.) и почвенный гумус. Обусловлен он вырубкой и сжиганием леса и распахиванием новых земель под сельскохозяйственные угодия. В данном параграфе мы приведем только экспериментальные данные, касающиеся вырубки и сжигания биосферы, а также данные об увеличении потока С02 из верхнего слоя почвы, подвергшейся антропогенному воздействию, вследствие ускорения процессов гниения и разложения. Выводы же из этих данных будут рассмотрены ниже в §2.2 при моделировании антропогенного биосферного источника.

Человечество в процессе хозяйственной деятельности вырубает древесину для различных целей. Например, во многих странах Латинской Америки древесина используется как топливо (древесина - "нефть бедняков"). Но данным Адамса [55] , в Бразилии по крайней мере 75% прямой вырубки леса сжигается. Большое количество древесины вырубается во всем мире и для промышленных нужд [93] . Немалое количество углерода биосферы сгорает вследствие пожаров в лесах и саваннах [93]. Нельзя, по-видимому, игнорировать и вырубку леса для того, чтобы использовать освободившуюся территорию для размещения и обеспечения сырьем и продовольствием все возрастающее население Земли. По данным Сейлера и Крутцена [93] для этих целей вырубает-са ежегодно (3,5-8,3) х М6 га лесных площадей. По данный этнх же авторов порядка 6х10б га/год отвоевывается у леса для увеличивающегося поголовья крупного рогатого скота.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алтунин, Иван Васильевич, 1983 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Антропогенны© изменения концентрации углекислого газа в атмосфе ре. Бютнер Э.К., Захарова O.K., Турчинович И.Е., Лапенис А.Г. -Метеорология и гидрология, 1983, №3, с.18-31.

2. Араб-Оглы Э.А. Демографические и экологические прогнозы.- М.: Статистика, 1978.- 128с.

3. Базилевич Н.Ж., Родин Л.Е. Картосхемы продуктивности и биологи-г ческого круговорота главнейших типов растительности суши Земли. Известия ЕГО, 1967, 13, с.190-194. .

4. Базилевич H.H., Родин Л.Е., Розов Н.й. Географические аспекты . изучения биологической продуктивности.- В кн.: Материалы У съез да Географического общества СССР.- Л.: Гидрометеоиздат, 1970,

. с.3-38. .........................

5. Бихеле З.Н. Математическое моделирование энерго- и массообмена в системе почва-растение-атмосфера.- Автореферат.диссертации на соискание ученой степени кандидата физ.-мат.наук.- Л., 1981.-17с.

6. Борисенков Е.П. Климат и его изменения.- M«: Знание, 1976.- 64с

7. Борисенков Е.П. Климат и деятельность человека.- М.: Наука, 1982.- 191с.

8. Борисенков Е.П. Модели антропогенного роста С02 в атмосфере.-Труды ГГО, 1980, вып.438, с.4-36.

9. Борисенков Е.П., Алтунин I.B. Моделирование углеродного цикла

в системе атмосфера-океан-биосфера в рамках линейной и диффу- . зионной моделей.- Метеорология и гидрология, 1983, ЙЗ, с.57-64.

10. Борисенков Е.П., Алтунин И.В. Некоторые результаты численного моделирования углеродного цикла в системе атмосфера-биосфера--океан.- В сб.: Моделирование климата, его изменений и колебаний. Тезисы докладов Всесоюзной конференции. Ленинград,31 марта

-4 апреля 1980 года. Д., 1980, о.#2.

11. Будыко М.й. Изменения климата.- Л.: Гидрометеоиздат, 1974.-280с.

12. Будыко М.И., Ронов А.Б. Эволюция химического состава атмосферы в фанероэое.- Геохимия, 1979, №5. с.

13. Вейль И. Популярная океанография. - 1.: Гидрометеоиздатt 1977 503с.

14. Влияние увеличения количества углекислого газа в атмосфере на климат. Материалы советско-американского совещания по изучен, нию влияния увеличения количества углекислого газа на климат.. Ленинград, 15-20 июня 1981г.- Л.: Гидрометеоиздат, 1982.- 56с.

15. Глинка Н.Л. Общая химия.- М.: Химия, 1975.- 7Пс.

16. Горшков В.Г. Структура биосферных потоков энергии.- Ботанический журнал, 1980, Т.65, Ш, с.1579-1590.

17. Дымников В.П., Гадин В.Я., Перов В.Д. Исследование чувствитель ности климата к удвоению С02 с помощью зонально-осредненной мо дели общей циркуляции атмосферы.- В кн.: Математическое модели рование динамики атмосферы и океана, ч.2. Новосибирск, Наука, 1980, с.39-59.

18. Ефимова H.A. Карты продуктивности природных растительных.покро вов континентов.- Ботанический журнал, 1976, т.61, №12, с.1641 -1657.

19. Ефимова H.A. Продуктивность естественных растительных покровов как элемент круговорота углекислого газа.- В кн.: Проблемы атмосферного углекислого газа. Труды советско-американского симпозиума. Душанбе, 12-20 октября 1978 г. Л.: Гидрометеоиздат, 1980, с.79-85.

20. Иванов А. Введение в океанографию.- М.: Мир, 1978.- 574с.

21. Каган Б.А., Рябченко В.А. Численные эксперименты по сезонной эволюции цикла углерода в океане.- Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1982, т.18, №4, с.

22. Килинг Ч.Д. Цикл двуокиси углерода: резервуарныв модели для описания обмена атмосферной двуокиси углерода с океаном и растительностью суш.- В кн.: Химия нижней атмосферы. М.: Мир, 1976, с.243-275.

23. Килинг Ч.Д., Бакастоу Р. Влияние промышленных газов на щш-мат.- В кн.: Энергия и климат. Сборник статей. Под редакцией Груза Г.В., Хмелевцова С.С. Л.: Гидрометеоиздат, 1981,

с.123-177.

24. Кириллин В.А. Энергетика. Современное состояние и перспективы.- Вестник АН СССР, 1975,, * 2, с.5-12.

25. Когда В.А. Биогеохимические циклы в природе и их нарушение человеком.- М.: Наука, 1975.- 37с.

26. Кондратьев К.Я. Влияние углекислого газа на климат.- Обзорная информация. ВНИЙГМИ-МЦД, Обнинск, 1982, вып.8.- 37с.

27. Кондратьев К.Я. Радиационные факторы современных глобальных изменений климата.- Л.: Гидрометеоиздат, 1980.- 279с.

28. Кондратьев К.Я., Москаленко Н.И. Парниковый эффект в.атмосферах планет.- Астрономический вестник, 1978, т.8, ® 3, с.129--143.

29. Кондратьев К.Я., Москаленко Н.й. Тепловое излучение планет.-Л.: Гидрометеоиздат, 1977.- 264с.

30. Кондратьев К.Я., Москаленко Н.й. Углекислый газ и другие опти чески активные компоненты как факторы парникового эффекта атмосферы.- Труды советско-американского симпозиума по COg«- Л. Гидрометеоиздат, 1980, с.109-134.

31. Кондратьев К.Я., Москаленко Н.й. Эволюция атмосферы и парниковый эффект.- Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1980, т.16, №12, C.II5I-II62.

32. Лархер В. Экология растений.- М.: Мир, 1978.- 375с.

33. Легасов В.А., Кузьмин A.A. Проблемы энергетики.- Природа,1981, № 2, с.8-23.

34. Лумис P.C. Роль биосферы в проблеме углекисдого газа.- В кн.: Проблемы атмосферного углекислого газа. Труда советско-американского симпозиума. Душанбе, 12-20 октября 1978 г. Л.: Гидрометеоиздат, 1980, с.86-94.

35. Менжулин Г.В. Влияние изменений климата на урожайность сельскохозяйственных культур.- Труды ГГО, 1976, вып.365, с.41-48.

36. Менжулин 1.В. Моделирование метеорологического режима растительного покрова.- Труды ГГО, 1974, вып.318, с.5-34.

37. Методы системного анализа в проблемах рационального использования ресурсов. Сборник статей. Под редакцией Моисеева Н.Н.-М.: Наука, 1977.- 133с.

38. МихаэлисГ. Долгосрочные прогнозы энергоснабжения.- Атомная техника 8а рубежом, 1978, № 2, с.7-15.

39. Моисеев H.H., Свирежев D.m. Системный анализ динамический процессов биосферы. Концептуальная модель биосферы.- Вестник АН СССР, if? 2, 1979, Q.H^'Si.

40. Мохов Н.й. О влиянии С02 на термический режим земной климати-. ческой системы.- Метеорология и гидрология, 1981, Кз4, с.24-34.

41. На пути к построению модели динамических процессов в биосфере. Моисеев H.H., Крапивин В.Ф., Свирежев Ю.М., Тарко A.M.- Вестник АН СССР, МО, 1979, с.88-104.

42. Перри Г., Ландсберг Г.Х. Предполагаемое мировое потребление

• энергии.- В кн.: Энергия и климат. Сборник статей. Под редакцией Груза Г.В., Хмелевцова С.С. Л.: Гидрометеоиздат, 1981, с.55-79.

43. Превращения и судьба С02, образующегося в результате сжигания ископаемого топлива. Можно ли замкнуть глобальный баланс углерода? /Броекер B.C., Такахаши Т., Симпеон Х.Дж., Пенг Т.-Х.-

В кн.: Проблемы атмосферного углекислого газа. Труды ссветско*--американского.симпозиума, 12-20 октября 1978г. Л.: Гидрометео-

• издат, 1980, с.46-76.

44. Проблемы атмосферного углекислого газа. Труды советсконамери-канского симпозиума, 12-20 октября 1978г.- Л.: Гидрометеоиздат, 1980.- 284с. .........-

45. Рабинович I. Фотосинтез. Т.2.- И.: йзд-во иностр. лит., 1953.-652с.

46. Ракипова Л.Р. Оценка чувствительности.стратосферы к изменениям содержания С02.- Труды ГГО, 1980, вып.438, с.37-41.

47. Ракипова Л.Р., Вишнякова О.Н. Влияние вариаций концентрации-углекислого газа на термический режим атмосферы.- Метеорология

• и гидрология, 1973, 15, с.23-31.

48. Ривел Р., Мунк У. Цикл углекислого газа и биосфера.- В кн.: Энергия и климат. Сборник статей. Под редакцией Груза Г.В., Хмелевцова С.С. Л.: Гидрометеоиздат, 1981, с.266-301.

49. Родин IX, Базилевич 1.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности.земного шара.- М., Л.: Наука, 1965.- 253с.

50. Ронов A.B. Вулканизм, карбонатонакопление, жизнь.- Геохимия,

- 1976, №8, с.

51. Свирежев Ю.М., Тарко А.Н. Моделирование глобального биогеохи-

ф мического цикла углерода.- Вестник АН СССР, 1979, 112, о.

52. Стырикович И.А. Взаимодействие топливно-энергетического комплекса с окружающей средой.- Вестник АН CCGP, 1975, Мз2,с.13-23.

53. Тарко A.M. Глобальная роль системы атмосфера-растения-почва

в компенсации воздействий на биосферу.- ДАН СССР, 1977, т.237, №1, е.234-237.

54. Энергия и климат. Сборник статей. Перевод с английского под редакцией Груза Г .В., Хмелевцова С.С.- Л.: Гидрометеоиздат,

ф 1981.- 304с.

55. Adams I.A. et al. Wood versus fossil fuel as a source of excess carbon dioxide in the atmosphere. - Science, 1977, v.196, №4285, p. 54-56.

56. Averhaus R. , Fenyis, Frick H. Mathematical treatment of box models for the COg-cycle at the Earth. - Paper presented at the IIASA/WMO Workshop on Carbon Dioxide, Climate and Society. Laxenburg, Feb. 21-24, 1978. 9p.

57. Augustsson T., Ramanathan V. A radiative-convective model study of the C02 climate problem. - J. Atmos. Sci. , 1977, v. 34, №3,

Ф p. 448-451.

58. Bolin B.,Bischoff W. Variations in the carbon dioxide content of the atmosphere of the northern hemisphere. - Tellus, 1970, v. 22, Ш°4, p.431-442.

59. Bolin B. Changes of land biota and their importance for the carbon cycle. - Science, 1977, v. 196, 1°4290, p. 613-615.

60. Borisenkov EpP., Altunin I.V. Results of numerical modeling of the carbon cycle in the atmosphere-biosphere-ocean system. - In: IAMAP Third scientific assembly, 17-28 August 1981,

* Hamburg, FRG. Programs and abstracts, p. 84.

7-2. Keeling C.D. Industrial production from fossil fuel and limestone, - Tellus, 1973, v.25, №2, p. 167-175.

73. Kohlmaier G. H. et al. A nonlinear interaction model between land biota and the atmosphere. - Paper presented at the IIASA/ 1M0 Workshop on Carbon Dioxide, Climate and Society. Laxenburg, 21-24 February 1978. 18p.

74. Lacis A. et al. Greenhouse effect of trace gases, 1970-1980. - Geophys.Res.Lett. ,1981, v.8, №10, p. 1035-1038.

75. Lemon E, The land's response to more carbon dioxide. In: Pate of fossil fuel C02 in the oceans. Eds.: Andersen N. R., Mala-hoff A. Plenum Press, 1977, p.97-130.

76. Machta L. , Hanson K. , Keeling C.D. Atmospheric carbon dioxide and some interprations. - In: Pate oofc.fossil fuel C02 in the oceans. Eds.: Andersen N.R., Malahoff A. Plenum Press, 1977,

p. 131-144.

i

77. Madden R.A., Ramanathan V. Detecting climate change dme to ' increasing carbon dioxide. - Science, 1980, v.209, n°4458,

p. 763-768.

78. Manabe S. , Stouffer R.J, Sensitivity of a global climate model to an increase of COg concentration in the atmosphere. - J.Geophys.Res. , 1980, v.85, №11, p. 5529-5554.

79. Manabe S., Wetherald R.T. The effects of doubling the C02 concentration on £he climate of a general circulation model. -J.Atmos.Sci., 1975, v. 32, №1, p. 3-15.

80. National Academy of Sciences. Carbon Dioxide and Climate:

A scientific assessment. Report of an Ad Hoc Study Group on carbon dioxide and climate. Climate Research Board, National Academy of Sciences, V/ashington, D. C. ,1979, 22p.

81. Newell R.E. , Dopplick T. G. Questions concerning the possible.'

61. Bray I.R. An analysis of the possible recent changes in

q atmosphere carbon dioxide. - Tellus, 1959, v. 2, №2,p. 220-230.

62. Cess R.D., Goldenberg S.D. The effect of ocean heat capacity upon global warming due to increasing atmospheric carbon dioxide. -J. Geophys. Res., v.c86,№1, p.498-502.

63. Dickinson R.E. Convergence rate and stability of ocean-atmosphere coupling schemes with a zero-dimensional climate model.

- J. atmos. Sci., 1981, v. 38, №10, p. 2112-2120.

64. Energy in a finite world. Executive Summary. Executive Report -^ - International Institute for Applied Systems Analysis. Laxen-

burg, Austria, 1981, 68p.

65. Garrat J.R., Pearman G.I. Atmospheric carbon dioxide. - Paper presented at the International Clear Air Conference. Melbourne Australia, May 15-18, 1972. 8 p.

66. Gates W.L., Cook K.H., Schlesinger M.E. Preliminary analysis of experiments on the climatic effect of increased C02 with an atmospheric general circulation model and a climatological ocean. - J.Geophys.Res. , 1981, v.86, №12, p.6385-6393.

67. Hafele W. A global and long-range picture of energy develop-g ments. - Science, v. 209, №4452, p. 174-182.

68. Hafele W. et al. Second Status Report of the IIASA Project on Energy System 1975. - Research Report RR-76-1,IIASA,2361.

- Laxenburg, 1976. 249 p.

69. Hunt B. G. An examination of some feedback mechanism in the. carbon dioxide climate problem. - Tellus, 1981, v.39, №1, p.78-88.

70. Idso S.B. Carbon dioxide: Friend or Foe? IBR Press, Tempe, Arizona, USA, 1982. 92 p.

* 71. Idso S.B. Temperature limitation by evaporation in hot climate

and the greenhouse effects of water vapor and carbon dioxide.

- Agric.Meteorol. ,1982,v, 27,№1-2, p.105-109.

influence of anthropogenic C02 on atmospheric temperature. -J. Appl. Meteorol., 1979, v.18, №6, p.812-825.

82. Oeschger H. et al, A box diffusion model to study the carbon dioxide exchange in nature. - Tellus, 1975, v. 27,№2,p. 168-192.

83. Olson I.S., Pfuderer H.A., Chan Y.-H. Changes in the global carbon cycle and the biosphere. - Environmental Sciences Division. Publication №1050, 0RL/EIS-109. Washington, 1978.169r

84. On the assessment of the role of C02 in the climate variations and their impact. - Jpint WMO/ICSU/UWEP meeting of experts. Villach, Austria, Nov. 1980. Geneva, WMO, 1981. 29 p.

85. Ostlund H.G., Dorsey H.G., Rooth C.G. GEOSECS North Atlantic radiocarbon and tritium results. - Earth and Plan.Sci.Letters, 1974, v.23, p.69-86.

86. Peng T.-H. et al. Radon evasions rates in the Atlantic and Pacific Oceans as determined during the GEOSECS program. -J.Geophys.Res., 1979, v.84, NC5, p.2471-2486.

87. Rebello A., Wagener K. Paper presented at the 4th International Symposium on the Chemistry of the Mediterranean. - Rovinj, Yugoslavia, 1976, 10p.

88. Rotty R.M, Distribution and changes in industrial carbon dioxide production, - In:Analysis and interpretation of atmospheric COg-data. Bern, 14-18 September 1981.

89. Rotty R.M, Global carbon dioxide production from fossil fuels and cement. AJE). 1950 - A,D, 2000. - In: The fate of fossil fuel C02 in the oceans. Eds.:Andersen N.R. , Malahoff A. Plenum Press, 1977, p,167-182.

90. Rotty R.M. Present and future production of C02 from foasil fuels. A global appraisal. - Workshop on the global effects of carbon dioxide from fossil fuels. Geneva, 197?, p.36-43.

91. Schlesinger M. E. COg-induced climatic warming: a review of model research and prospectus for first detectability. - Climatic Research Institute, Report №36, Oregon, July, 1982. 27p.

92. Schneider S.H. On the carbon dioxide climate confusion. -J.Atmos.Sci. , 1975, v. 32, №9, p.2060-2066.

93. Seiler W., Crutzen P. Estimates of gross and net fluxes of carbon between the biosphere and the atmosphere from biomass burning. - Climatic Change, 1979, №2.

94. Siegenthaler U. , Oeschger H. Predicting future atmospheric carbon dioxide levels. - Science, 1978,v.199,№4327,p.388-395.

95. Stuiver M. Atmospheric carbon dioxide and carbon reservoir

changes. - Science, 1978, v. 199, №4326, p. 253-258.

14

96. Stuiver M. C distribution in the Atlantic Ocean, - J.Geophys.

:: Res. ,1980,v.85, NC5, p. 2711-2718.

97. The X World Energy Conference. Pinal Draft. Istanbul, 1978.

98. Thomposon S.L., Schneider S.H. A seasonal zonal energy climate model with an interactive lower layer. - J.Geophys.Res., 1979, v.84, №5, p.2401-2414.

99. Woodwell G.M. et al. The biota and the world carbon budget. -Science, 1978, v. 199, №4325, p. 141-146.