Моделирование влияния климатических изменений на фазовое состояние воды в грунте тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.29, кандидат физико-математических наук Аржанов, Максим Михайлович

• Аржанов, Максим Михайлович
• кандидат физико-математических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Аржанов, Максим Михайлович

Введение

1 Методы диагностики приповерхностных многолетнемерз-лых грунтов

2 Моделирование процессов тепло- и влагопереноса в почве с учетом фазовых переходов при заданном атмосферном воздействии

2.1 Схема параметризации процессов тепло- и влагопереноса в почве и на подстилающей поверхности.

2.2 Моделирование глубин сезонного протаивания с использованием данных реанализа.

2.3 Моделирование гидрологических процессов в почве в условиях вечной мерзлоты.

3 Изменения характеристик вечной мерзлоты при антропогенном изменении климата в неинтерактивных численных экспериментах с моделью общей циркуляции атмосферы и океана

3.1 Изменения глубин сезонного протаивания при потеплении климата.

3.2 Моделирование динамики деградации приповерхностных многолетнемерзлых пород при антропогенном изменении климата.

3.3 Расчет осадки оттаивания многолетнемерзлых пород в XXI веке

4 Расчет характеристик температурного и гидрологического режимов в почве в интерактивных численных эспериментах с климатической моделью ИФА РАН

4.1 Описание проведенных численных экспериментов.

4.2 Расчет характеристик сезонного промерзания/протаивания грунта с климатической моделью ИФА РАН.

4.3 Результаты численных эксперименты с пространственным изменением структуры почв.

4.4 Оценки стока для водосборов крупнейших мировых рек с климатической моделью ИФА РАН

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование влияния климатических изменений на фазовое состояние воды в грунте»

Объект исследования и актуальность темы.

Современный подход к исследованию наблюдавшихся изменений климата, а также возможных изменений климата в будущем предполагает использование физико-математических моделей, описывающих процессы взаимодействия в системе "атмосфера-почва-океап". При этом одной из основных задач является адекватное описание процессов тепло- и влагообмена, происходящих в приземпом слое атмосферы, на поверхности почвы и в ее деятельном слое (Мельников и Павлов, 2006; Израэль и др., 1999; Аниси-мов и Нельсон, 1990). Климатические характеристики почвы важны как для взаимодействия суши и атмосферы (Монип, 1982), так и для определения состояния биосферы (Тарко, 2005).

Ожидается, что наиболее значительные изменения климата, которые будут происходить в арктических и субарктических широтах (Анисимов и Белолуцкая, 2004; Covey et al., 2003; Jones et al., 1999) приведут к изменениям температурного и гидрологического режимов криолитозоны, вызывающих деградацию многолетнемерзлых пород (Anisimov and Nelson, 1996; Анисимов и Нельсон, 1997; Израэль и др., 2002). Наблюдения указывают на общее повышение температур ММГ в течение последних нескольких десятилетий в Субарктических регионах России (Израэль и др., 1999; Павлов, 2003), на северо-западе Канады (Smith et al., 2005) и на Аляске (Osterkamp and Romanovsky, 1999). На некоторых участках около южной границы криолитозоны в Западной Сибири и на Аляске потепление уже вызвало увеличение мощности сезонноталого слоя (СТС) и протаива-ние мерзлоты с поверхности (Jorgenson et al., 2001; Melnikov et al., 2004). Процессы развития непромерзающих слоев грунта, ограниченных мерзлыми породами (талик) приводят к осадке поверхности мерзлых массивов. В частности, на нескольких геокриологических станциях Аляски глубина осадки поверхности почвы по данным наблюдений за период с 1989 по 2004 составляла 1-5 м.'(Jorgenson et al., 2001). В рамках эксперимента CALM (Циркумполярного мониторинга деятельного слоя) на многих площадках проводятся измерения осадки поверхности почвы, что позволяет отслеживать величину понижения абсолютных высотных отметок кровли ММ Г. На мониторинговой площадке в районе г. Воркуты среднее по площадке снижение кровли ММГ за период 1999-2006 гг. составило порядка 40 см., при этом значение осадки поверхности почвы было порядка 20 см. (Ма-житова и Каверин, 2007). Одиннадцатилетний ряд наблюдений (1996-2006 гг.) на площадке показывает увеличение глубины СТС на 25%. Данные наблюдений по другим площадкам, расположенным на европейском севере России также демонстрируют систематическое увеличение глубины слоя протаивания (Малкова, 2005) и изменение рельефа поверхности площадок (Мажитова и Каверин, 2007). В связи с этим особое внимание в данной работе уделяется параметризации процессов, происходящих в почве с учетом фазовых переходов влаги на поверхности и в деятельном слое.

Оттаивание приповерхностных многолетнемерзлых пород может инициировать высвобождение активных парниковых газов, таких как углекислый газ и метан, выведенных из современного биогеохимического круговорота и законсервированных в вечной мерзлоте (Ривкина и др., 1992;

Gilichinsky et al., 1997; Мачульская и Лыкосов, 2002). Сокращение площади распространения мерзлоты, смена режима сезонного протаивания грунтов сезонным промерзанием может привести к изменению гидрологических характеристик, в частности, к увеличению стока рек в высоких широтах, вызывая повышение температуры морей Арктического бассейна, а также оказывая влияниие на бюджет солености Северного Ледовитого океана и формирование глубинных вод Северной Атлантики (Мохов и др., 2003; Ме-лешко и др., 2004а).

Прогноз изменений основных параметров криолитозоны, таких как глубина сезонного протаивания и влагосодержание деятельного слоя почвы, в связи с возможными естественными и антропогенными изменениями является одним из актуальных направлений в исследованиях климата. Адекватные оценки современных и будущих изменений характеристик мно-голетнемерзлых грунтов могут быть получены с использованием глобальных климатических моделей, включающих детальные теплофизические и гидрологические численные схемы процессов на подстилающей поверхности и в деятельном слое почвы (Niu et al., 2007; Nicolsky et al., 2007).

Цель и задачи исследования.

Целью данной работы является исследование влияния естественной и антропогенной составляющих изменения климата на процессы тепло- и влагообмена с учетом фазовых переходов влаги в деятельном слое почвы и на подстилающей поверхности в регионах распространения приповерхностных многолетнемерзлых грунтов и их возможной деградации.

Основные задачи исследования:

• разработка физико-математической модели, описывающей процессы тепло- и влагопереноса в почве и на подстилающей поверхности с учетом фазовых переходов "вода-лед", позволяющей диагностировать образование и деградацию многолетнемерзлых грунтов;

• верификация модели - анализ основных характеристик термического и гидрологического режимов почвы в регионах распространения вечной мерзлоты для второй половины XX в. по данным реанализа;

• исследование возможных механических изменений грунта, вызванных деградацией приповерхностной мерзлоты;

• оценки изменения основных характеристик криолитозоны при заданном сценарии изменения климата для XXI в. в неинтерактивных численных экспериментах;

• исследование изменений термического и гидрологического режимов криолитозоны с использованием разработанной численной схемы в качестве интерактивного блока в климатической модели Института физики атмосферы им. A.M. Обухова РАН (КМ ИФА РАН) с подключением углеродного и метанового циклов.

Научная новизна

Основу проведенных исследований составляют результаты численных экспериментов с разработанной схемой параметризации процессов тепло- и влагопереноса в почве и на подстилающей поверхности, позволяющей по заданным параметрам внешнего атмосферного воздействия рассчитывать характеристики термического и гидрологического режимов почвы в неинтерактивном режиме и в качестве составного блока климатической модели с учетом обратных связей.

Выполнена валидация разработанной схемы и проведено сравнение результатов численного моделирования глубин сезонного протаивания для суши Северного полушария и среднегодового стока крупнейших рек Сибири при заданном по реанализу внешнем атмосферном воздействии с данными наблюдений для второй половины XX века.

Для областей с многолетнемерзлыми грунтами увеличение температуры в холодные и теплые периоды приведет к увеличению глубины сезонного протаивания и деградации приповерхностной мерзлоты, когда над верхней границей многолетнемерзлых пород образуется талый слой. Такие процессы наиболее характерны вблизи южной границы вечной мерзлоты, однако могут происходить в областях прерывистого и сплошного распространения мерзлых пород (Анисимов и Белолуцкая, 2004). Это является одной из актуальных проблем, связанных с инфраструктурой, транспортными магистралями, трубопроводами и линиями передач в северных регионах. В настоящей работе проводятся оценки возможных ландшафтных изменений, вызванных деградацией приповерхностных многолетнемерзлых грунтов.

Проведены расчеты возможного изменения пространственного распределения приповерхностных многолетнемерзлых грунтов, получены оценки изменения глубин сезонного протаивания в XXI веке. Оценена переходная область, в которой на протяжении XXI века может произойти смена режима сезонного промерзания сезонным протаиванием.

Получены оценки потенциальных осадок поверхности грунта при про-таивании многолетнемерзлых пород для области смены режима сезонного промерзания / протаивания.

Получены пространственные распределения температуры поверхности почвы и глубин сезонного протаивания для равновесных численных экспериментов с климатической моделью ИФА РАН при задании доин-дустриального и современного значений концентрации углекислого газа в атмосфере.

Научная и практическая значимость.

Результаты работы могут использоваться при анализе влияния климатических изменений на основные характеристики криолитозоны, разработанная модель может быть включена в качестве интерактивного почвенного блока в климатические модели.

Структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из четырех глав, введения и заключения, содержит 24 рисунка и 4 таблицы, список цитируемой литературы состоит из 157 наименований.

В первой главе проводится обзор существующих методов диагностики состояния приповерхностных многолетнемерзлых грунтов. Рассматриваются основные подходы при прогнозировании изменений характеристик криолитозоны в зависимости от изменений климата - палеокли-матические рекострукции, мерзлотно-климатические индексы и физико-математические модели процессов в почве. На основе сравнения моделей различных классов показана необходимость создания схемы, позволяющей проводить численные эксперименты продолжительностью порядка тысяч лет и в то же время характеризующейся детальностью описания физических процессов.

Вторая глава диссертации содержит описание разработанной модели тепло- и влагопереноса в грунте при наличии границ фазовых переходов, а также описание и результаты численных экспериментов по верификации модели.

В разделе 2.1 формулируется математическая постановка рассматриваемой задачи, приводятся схемы расчета теплофизических характеристик грунта в зависимости от влагосодержания, схемы параметризации процессов снегонакопления, испарения и стока.

В разделе 2.2 проводится верификация теплового блока модели. Для четырех геокриологических стационаров (Якутск, Воркута, Тикси, Марре-Сале) моделируемые значения глубины сезонного протаивания сравниваются с данными наблюдений. Также проводится расчет глубин протаивания для суши Северного полушария с использованием данных реанализа для конца XX века. Показано, что модель адекватно воспроизводит глубины сезонного протаивания и пространственное распределение приповерхностных многолетнемерзлых пород.

В разделе 2.3 описывается верификация гидрологического блока модели. Анализируются результаты моделирования среднегодового стока водосборных бассейнов рек в регионах распространения вечной мерзлоты. Сравнение с данными наблюдений за стоком крупнейших сибирских рек Оби, Енисея и Лены показало, что модель в целом хорошо воспроизводит гидрологический режим многолетнемерзлых грунтов.

В третьей главе анализируется влияние изменений климата на пространственные распределения основных характеристик многолетнемерзлых грунтов.

В разделе 3.1 приводятся результаты моделирования динамики глубин сезонного протаивания для Северного полушария при заданных условиях атмосферного климата. Анализируется пространственное распределение приповерхностной мерзлоты, проводится сравнение модельных оценок площади суши, где происходит сезонное протаивание в конце XX века.

В разделе 3.2 описываются результаты моделирования деградации приповерхностной мерзлоты в XXI веке. Показана динамика увеличения глубины сезонного протаивания приводящая к смене режима сезонного протаивания сезонным промерзанием.

В разделе 3.3 проводится расчет потенциальных просадок оттаивания многолетнемерзлых пород. Предложена схема определения величины просадки в зависимости от глубины талика и глубины слоя сезонного промерзания. Для областей, в которых в XXI веке может произойти смена режима протаивания/ промерзания получены оценки величин просадок.

Четвертая глава посвящена анализу результатов интерактивных численных эспериментов с климатической моделью ИФА РАН по расчету характеристик термического и гидрологического режимов грунта при различных сценариях атмосферного воздействия.

В разделе 4.1 приводится описание численных экспериментов с совместной моделью при различных значениях концентрации углекислого газа в атмосфере, а также описание основных изменений в схеме модели почвы по сравнению с базовой версией, при включении ее в КМ ИФА РАН.

В разделе 4.2 обсуждаются результаты расчета температуры поверхности почвы и глубины сезонного протаивания. Сравнение полученных оценок температуры поверхности почвы с данными реанализа показывает, что модель в целом хорошо воспроизводит характеристики термического режима почвы. Также проводится сравнение модельных оценок площади, занимаемой приповерхностными многолетнемерзлыми породами, с данными наблюдений и результатами аналогичных расчетов.

В разделе 4.3 анализируются результаты численных экспериментов с предписанным в модели пространственным распределением типов почв. Показано, что при неучете пространственной неоднородности почв ухудшается согласие с наблюдениями характеристик сезонного промерзания /протаивания.

В разделе 4.4 приводятся результаты моделирования среднегодовых значений стока крупнейших мировых рек. Также проведено сравнение характеристик теплового и водного баланса с данными наблюдений на водосборах.

На защиту выносятся следующие теоретические положения.

• Физико-математическая модель процессов тепло- и влагопереноса в деятельном слое почвы и на подстилающей поверхности с учетом фазовых переходов "вода-лед", настроенная на расчет продвижения границ мерзлый грунт-талый грунт при наличии нескольких границ с возможностью образования таликов;

• Модельные оценки глубин протаивания и межгодовых вариаций стока для бассейнов крупнейших сибирских рек, включающих регионы распространения многолетнемерзлых грунтов и выявление роли процессов промерзания/протаивания в межгодовой изменчивости стока;

• Методика расчета осадки оттаивания поверхности грунта и результаты моделирования осадки поверхности при возможной деградации многолетнемерзлых пород в XXI веке;

• Расчет основных характеристик температурного и гидрологического режимов многолетнемерзлых грунтов в интерактивных равновесных численных экспериментах с моделью климата ИФА РАН.

Заключение диссертации по теме «Физика атмосферы и гидросферы», Аржанов, Максим Михайлович

Заключение

В работе рассмотрена задача параметризации процессов тепло- и влагопереноса в почве и на подстилающей поверхности с учетом фазовых переходов. Получены следующие основные результаты:

• климатическая модель ИФА РАН дополнена интерактивной схемой параметризации процессов тепло- и влагопереноса в почве, позволяющей рассчитывать основные характеристики геокриолитозоны: глубину сезонного промерзания/протаивания, распределение температуры почвы по губине, водно-эквивалентную толщину снежного покрова, характеристики гидрологического режима (поверхностный и подповерхностный сток, эвапотранспирацию, распределение влажности почвы), а также диагностировать образование/деградацию приповерхностной мерзлоты;

• проведена верификация модели процессов в почве с заданием атмосферного воздействия по данным реанализа ERA-40 для второй половины XX века для Северного полушария. Первый этап верификации, проведенный путем сравнения рассчитанной глубины сезонного протаивания на геокриологических стационарах показал, что модель хорошо воспроизводит данные по изменению этого слоя за время наблюдений.

• на втором этапе проведено сравнение результатов численного моделирования, данные наблюдений за стоком с водосборов крупенйших сибирских рек, включающих регионы приповерхностной многолетней мерзлоты и расчетом стока по имеющимся данным осадков и испарения для этих водосборов. Показано, что детальный учет процессов тепло- и влагопереноса в мерзлых грунтах существенно приближает результаты расчетов к данным наблюдений. для заданного сценария изменения климата в неинтерактивных численных, экспериментах получены оценки переходной зоны, в которой на протяжении XXI века режим сезонного оттаивания может смениться режимом сезонного промерзания, а также определено соот-ветсвующее смещение южной границы криолитозоны для Евразии и Северной Америки. разработана методика расчета осадки оттаивания грунта при деградации приповерхностных многолетнемерзлых пород. Максимальное значение величины осадки за счет уменьшения объема оттаивания в верхнем слое без учета вытеснения влаги для зоны смены режима протаивания/промерзания составляет порядка 10% от глубины протаивания. Максимальная величина осадки в конце XXI века может составлять до 1,2 м.; показано, что в интерактивных равновесных численных экспериментах КМ ИФА РАН, дополненная разработанной схемой параметризации процессов тепло- и влагопереноса в почве, при задании доинду-стриального и современного значения концентрации углекислого газа в атмосфере хорошо воспроизводит характеристики термического и гидрологического режимов почвы, включая температуру ее поверхности, характеристики сезонного протаивания/промерзания грунта и речной сток с крупнейших водосборов;

• показано, что недооценка органической компоненты почвы приводит к завышению глубин сезонного протаивания многолетнемерзлых грунтов. Связанное с этим уменьшение пористости почвы приводит к общему завышению эвапотранспирации и речного стока. Подобный же эффект проявляется при неучете слоя нижней растительности в регионах холодных и бореальных экосистем;

• показано, что равновесный отклик построенной модели на удвоение содержания углекислого газа в атмосфере характеризуется значительным потеплением поверхности почвы, сокращением площади распространения многолетнемерзлых грунтов и общим ростом испарения с континентов. Речной сток при этом увеличивается в высоких широтах и уменьшается — в субтропических. Эти результаты согласуются с выявленными по данным наблюдений для XX века и с расчетами с использованием современных климатических моделей для XXI века

В заключение считаю необходимым поблагодарить Павла Феликсовича Демченко и Игоря Ивановича Мохова за постоянное внимание к работе и ценные рекомендации в ходе ее выполнения, сотрудников Лаборатории теории климата: А.В Елисеева, Б.Ч. Хона, В.А. Семенова за помощь в организации численных экспериментов, переданные знания и опыт, а также Н.Н. Завалишина и Л.Л. Голубятникова за ценные замечания.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Аржанов, Максим Михайлович, 2009 год

1. Анисимов О.А., Белолуцкая М.А. Моделирование воздействия антропогенного потепления на вечную мерзлоту: учет влияния растительности. // Метеорология и гидрология. 2004. № 11. С. 73-82.

2. Анисимов О.А., Нельсон Ф.Э. О применении математических моделей для исследования взаимосвязи климат-вечная мерзлота. // Метеорология и гидрология. 1990. № 10. С. 13-19.

3. Анисимов О.А., Нельсон Ф.Э. Влияние изменения климата на вечную мерзлоту в Северном полушарии. // Метеорология и гидрология. 1997. № 5. С. 71-80.

4. Анисимов О.А. Об оценке чувствительности вечной мерзлоты к изменению глобального термического режима земной поверхности. // Метеорология и гидрология. 1989. Т. 5. № 1. С. 79-84.

5. Аржанов М.М., Елисеев А.В., Демченко П.Ф., Мохов И.И. Моделирование изменений температурного и гидрологического режимов приповерхностной мерзлоты с использованием климатических данных (реанализа). // Криосфера Земли. 2007. Т. XI. № 4. С. 65-69.

6. Аржанов М.М. Моделирование температурного и гидрологического режимов многолетнемерзлых грунтов. //X Всероссийская конференция молодых ученых: Состав атмосферы. Климатические эффекты. Атмосферное электричество. М.: МАКС Пресс. 2006. С. 12.

7. Балобаев В.Т., Дучков А.Д. Прогноз изменения теплового и фазового состояния криолитозоны Западной Сибири. // Глобальные изменения природной среды. / Ред. Добрецов H.JL, Коваленко В.И. Новосибирск: Изд-во СО РАН НИЦ ОИГГМ. 1998. С. 19-29.

8. Белолуцкая М.А. Влияние изменения климата на вечную мерзлоту и инженерную инфраструктуру Крайнего Севера. Автореферат дисс. . канд. физ.-мат. наук. СПб., 2004. 24 с.

9. Будыко М.И. Тепловой баланс земной поверхности. JL: Гидрометеоиз-дат, 1956. 255 с.

10. Будыко М.И. Изменения климата. JL: Гидрометеоиздат, 1974.

11. Величко А.А., Нечаев В.П. К оценке динамики вечной мерзлоты северной Евразии в условиях глобального изменения климата. // Доклады РАН. 1992. Т. 324. № 3. С. 667-671.

12. Володина Е.Е. Численное исследование чувствительности гидрологических характеристик суши к вариации физических параметров системы "почва-растительность-снег". // Известия АН. Физика атмосферы и океана. 2001. Т. 37. № 5. С. 700-711.

13. Воронов А.Г., Дроздов Н.Н., Криволуцкий Д.А., Мяло Е.Г. Биогеография с основами экологии. М.: ИКЦ Академкнига, 2003. 408 с.

14. Гаврилова М.К. Современный климат и вечная мерзлота па континентах. Новосибирск: Наука, 1981. 112 с.

15. Глобус A.M. Физика неизотермического внутрипочвенного влагообмена. Д.: Гидрометеоиздат, 1983. 279 с.

16. Голицын Г.С. К теории конвекции верхней мантии. // Доклады АН СССР. 1977. Т. 234. № 3. С. 552-555.

17. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Параметризация тепло- и влагообмена на поверхности суши при сопряжениигидрологических и климатических моделей. // Водные ресурсы. 1998. Т. 25. № 4. С. 421-431.

18. Гусев Е.М., Насонова О.Н. Параметризация процессов тепловлаго-обмена в бореальных лесных экосистемах. // Известия РАН, Физика атмосферы и океана. 2001. Т. 37. № 2. С. 182-200.

19. Девяткин В.Н. Тепловой поток криолитозоны Сибири. Новосибирск: Наука, 1993. 165 с.

20. Демченко П.Ф., Елисеев А.В., Аржанов М.М., Мохов И.И. Влияние скорости глобального потепления на таяние вечной мерзлоты. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2006. Т. 42. № 1. С. 35-43.

21. Дучков А.Д., Соколова JI.C., Балобаев В.Т. Тепловой поток и геотемпературное поле Сибири. // Геол. и геоф. 1997. Т. 38. № 11. С. 1716-1729.

22. Елисеев А.В., Мохов И.И., Карпенко А.А. Взаимодействие климата и углеродного цикла в XX-XXI веках в модели климата промежуточной степени сложности. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2007. Т. 43. № 1. С. 3-17.

23. Елисеев А.В., Мохов И.И., Аржанов М.М., и др. Учет взаимодействия метанового цикла и процессов в болотных экосистемах в климатической модели промежуточной сложности. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т. 44. № 2. С. 147-162.

24. Израэль Ю.А., Павлов А.В., Ю.А.Анохин . Анализ современных и ожидаемых в будущем изменений климата и криолитозоны в холодных регионах России. // Метеорология и гидрология. 1999. № 3. С. 18-27.

25. Израэль Ю.А., Павлов А.В., Ю.А.Анохин . Эволюция криолитозоныпри современных изменениях глобального климата. // Метеорология и гидрология. 2002. № 1. С. 22-34.

26. Каган Б.А., Рябченко В.А., Сафрай А.С. Реакция системы океан-атмосфера на внешние воздействия. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1990. 304 с.

27. Константинов П.Я., Аргунов Р.Н., Герасимов Е.Ю., Угаров И.С. О связи глубины сезонного протаивания с межгодовой изменчивостью средней годовой температуры грунтов. // Криосфера Земли. 2006. Т. X. № 3. С. 15-22.

28. Кудрявцев В.А., Гарагуля Л.С., Кондратьева К.А., Меламед В.Г. Основы мерзлотного прогноза при инженерно-геологических исследованиях. М.: Изд-во МГУ, 1974. 431 с.

29. Мажитова Г.Г., Каверин Д.А. Динамика глубины сезонного протаивания и осадки поверхности почвы на площадке циркумполярного мониторинга деятельного слоя (CALM) в Европейской части России. // Криосфера Земли. 2007. № 4. С. 20-30.

30. Малевский-Малевич С.П., Molkentin Е.К., Nadyozhina E.D., Павлова Т.В., Shklyarevich О.В. Оценки возможных изменений глубин протаивания многолетнемерзлых грунтов на территории России в XXI веке. // Метеорология и гидрология. 2003. № 12. С. 80-88.

31. Малевский-Малевич С.П., Molkentin Е.К., Nadyozhina E.D., Павлова Т.В. Модельные оценки изменений температуры воздуха и эволюциятеплового состояния многолетнемерзлых пород. // Криосфера Земли. 2005. Т. IX. № 3. С. 36-44.

32. Малкова Г.В. Воздействие климатических изменений на сезонное про-таивание (по результатам мониторинга на площадке CALM кБолван-скийгь). // Приоритеные направления в изучении криосферы Земли: Тез. Междунар. конф. Пущипо: 2005. С. 122-123.

33. Мачульская Е.Е., Лыкосов В.Н. Моделирование термодинамической реакции вечной мерзлоты на сезонные и межгодовые вариации атмосферных параметров. // Известия АН. Физика атмосферы и океана. 2002. Т. 38. № 1. С. 20-33.

34. Мелешко В.П., Голицын Г.С., Говоркова В.А., и др. Возможные антропогенные изменения климата России в 21-м веке: оценки по ансамблю климатических моделей. // Метеорология и гидрология. 2004. N2 4. С. 38-49.

35. Мелешко В.П., Катцов В.М., Говоркова В.А., и др. Антропогенные изменения климата в XXI веке в Северной Евразии. // Метеорология и гидрология. 2004. № 7. С. 5-26.

36. Мельников В.П., Павлов А.В. Современные изменения климата на севере и геокриологические последствия. // Материалы междунар. конф.: Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений. Тюмень: ТюмГНГУ. 2006. С. 37-41.

37. Мельников П.И., Толстихин Н.И. Общее мерзлотоведение. Новосибирск: Наука, 1974.

38. Мерекалова А.А., Федоров-Давыдов Д.Г., Давыдов С.П., Остроумов В.Е. Феномен роста мощности деятельного слоя в ландшафтах СевероВосточной Якутии. Тюмень: ТюмГНГУ. 2006. С. 86-89.

39. Молькентин Е.К., Надежина Е.Д., Шкляревич О.Б. Пространственная изменчивость модельных характеристик многолетнемерзлых грунтов. // Метеорология и гидрология. 2001. № 8. С. 89-97.

40. Монин А.С. Введение в теорию климата. JL: Гидрометеоиздат, 1982. 247 с.

41. Мохов И.И., Хон В.Ч. Модельные сценарии изменений стока сибирских рек. // Доклады АН. 2002. Т. 383. № 5. С. 684-687.

42. Мохов И.И., Хон В.Ч. Гидрологический режим в бассейнах сибирских рек: модельные сценарии изменений в XXI веке. // Метеорология и гидрология. 2002. № 8. С. 77-93.

43. Мохов И.И., Демченко П.Ф., Елисеев А.В., и др. Оценки глобальных и региональных изменений климата в XIX-XXI веках на основе модели ИФА РАН с учетом антропогенных воздействий. // Известия РАН, Физика атмосферы и океана. 2002. Т. 38. № 5. С. 629-642.

44. Мохов И.И., Семенов В.А., Хон В.Ч. Оценки возможных региональных изменений гидрологического режима в XXI веке на основе глобальных климатических моделей. // Известия РАН, Физика атмосферы и океана. 2003. Т. 39. № 2. С. 150-165.

45. Мохов И.И., Елисеев А.В., Демченко П.Ф., и др. Климатические изменения и их оценки с использованием глобальной модели ИФА РАН. // Доклады РАН. 2005. Т. 402. № 2. С. 243-247.

46. Мохов И.И., Елисеев А.В., Карпенко А.А. Чувствительность к антропогенным воздействиям глобальной климатической модели ИФА РАН с интерактивным углеродным циклом. // Доклады АН. 2006. Т. 407. № 3. С. 400-404.

47. Мохов И.И. Диагностика структуры климатической системы. СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. 271 с.

48. Павлов А.В. Теплофизика ландшафтов. Новосибирск: Наука, 1979. 282 с.

49. Павлов А.В. Мерзлотно-климатические изменения на севере России: наблюдения, прогноз. // Изв. РАН. Сер. геогр. 2003. № 6. С. 39-50.

50. Павлова Т.В., Катцов В.М., Надежина Е.Д., и др. Расчет эволюции криосферы в 20-м и 21-м веках с использованием глобальных климатических моделей нового поколения. // Криосфера Земли. 2007. Т. XI. № 2. С. 3-13.

51. Павлова Т.В. Исследование процессов тепло- и влагообмена на подстилающей поверхности и в деятельном слое с помощью глобальных климатических моделей. Автореферат дисс. . канд. физ.-мат. наук. СПб., 2007. 21 с.

52. Пачепский А.Я., Пачепская Л.Б., Мироненко Е.В., Комаров А.С. Моделирование водно-солевого режима почво-грунтов с использованием ЭВМ. М.: Наука, 1976.

53. Петухов В.К. Зональная климатическая модель тепло- и влагообмена в атмосфере над океаном. // Физика атмосферы и проблема климата. / Ред. Голицын Г.С., Яглом A.M. М.: Наука. 1980. С. 8-41.

54. Ривкина Е.М., Самаркин В.А., Гиличинский Д.А. Метан в многолетнемерзлых отложениях Колымо-Индигирской низменности. // Доклады РАН. 1992. Т. 323. № 3. С. 559-563.

55. Ривкина Е.М., Краев Г.Н., Кривушин К.В., и др. Метан в вечномерз-лых отложениях северо-восточного сектора Арктики. // Криосфера Земли. 2006. Т. X. № 3. С. 23-41.

56. Романовский Н.Н. Основы криогенеза литосферы. М.: Изд-во МГУ, 1993. 336 с.

57. Романовский В.Е. Температурный режим вечной мерзлоты Аляски последних 20 лет. // Материалы междунар. конф.: Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений. Тюмень: ТюмГНГУ. 2006. С. 96-101.

58. Симонов В.В. О влиянии внутригодовых межсезонных связей на терми-ку грунтов в районах вечной мерзлоты. // Метеорология и гидрология. 2000. № 5. С. 15-22.

59. Сосновский А.В. Математическое моделирование влияния толщины снежного покрова на деградацию мерзлоты при потеплении климата. // Криосфера Земли. 2006. Т. X. № 3. С. 83-88.

60. Тарко A.M. Антропогенные изменения глобальных биосферных процессов. М.: Физматлит, 2005. 408 с.

61. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1977. 735 с.

62. Трофимов В.Т., Баду Ю.Б., Дубиков Г.И. Криогенное строение и льдистость многолетномерзлых пород Западно-Сибирской плиты. М.: Изд-во МГУ, 1980. 246 с.

63. Хабибуллин И.Л., Хусаинова З.Р. Математическое моделирование процесса термоэрозии грунтов. // Обозрение прикл. и промышл. матем. 2003. Т. 10. № 2. С. 519-520.

64. Хабибуллин И.Л., Хусаинова З.Р., Лобастова С.А. Термогидродинамическое моделирование процесса термоэрозии грунтов криолитозоны. // Обозрение прикл. и промышл. матем. 2005. Т. 12. № 4. С. 1118.

65. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. М.: Высшая школа, 1973. 447 с.

66. Alexeev V.A., Nicolsky D.J., Romanovsky V.E., Lawrence D.M. An evaluation of deep soil configurations in the CLM3 for improved representation of permafrost. // Geophys. Res. Lett. 2007. Vol. 34. N. 9. P. L09502.

67. Anisimov O.A., Nelson F.E. Permafrost distribution in the Northern Hemisphere under scenarios of climatic change. // Glob. Planet. Change. 1996. Vol. 14. P. 59-72.

68. Anisimov O.A., Shiklomanov N.I., Nelson F.E. Global warming and active-layer thickness: results from transient general circulation models. // Glob. Planet. Change. 1997. Vol. 15. P. 61-77.

69. Anisimov O.A., Lobanov V.A, Reneva S.A., et al. Uncertainties in gridded air temperature fields and effects on predictive active layer modeling. // J. Geophys. Res. 2007. Vol. 112. N. F2. P. F02S14.

70. Archer D. Methane hydrate stability and anthropogenic climate change. // Biogeosciences. 2007. Vol. 4. N. 4. P. 521-544.

71. Arzhanov M.M., Anisimov O.A., Demchenko P.F., Eliseev A.V., Mokhov I.I. Permafrost models intercomparison. // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. 2004. N. 1220. P. 04.01-04.02.

72. Arzhanov M.M., Demchenko P.F., Eliseev A.V., Mokhov I.I. Modelling thermal and hydrologic regime of the permafrost. // Research Activities in Atmospheric and Oceanic Modelling. 2006. N. 1347. P. 07.03-07.04.

73. Brown J., Ferrians O.J.J., Heginbottom J.A., Melnikov E.S. International Permafrost Association Circum-Arctic Map of Permafrost and Ground Ice Conditions, scale 1:10,000,000. Circum-Pacific Map Series, no. Map CP-45, 1997.

74. Buffett B.A. Clathrate hydrates. // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2000. Vol. 28. P. 477-507.

75. Burn C.R., Nelson F.E. Comment on 'A projection of severe near-surface permafrost degradation during the 21st century' by David M. Lawrence and Andrew G. Slater. // Geophys. Res. Lett. 2006. Vol. 33. N. 21. P. L21503.

76. Chahine M.T. The hydrological cycle and its influence on climate. // Nature. 1992. Vol. 359. N. 6394. P. 373-380.

77. Christensen T.R., Cox P. Response of methane emission from arctic tundra to climatic change: results from a model simulation. // Tellus. 1995. Vol. 47B. N. 3. P. 301-309.

78. Christensen T.R., Prentice I.С., Kaplan J., HaxeltineA., Sitch S. Methane flux from northern wetlands and tundra. // Tellus. 1996. Vol. 48B. N. 5. P. 409-416.

79. Claussen M., Mysak L., Weaver A., et al. Earth system models of intermediate complexity: closing the gap in the spectrum of climate system models. // Clim. Dyn. 2002. Vol. 18. N. 7. P. 579-586.

80. Covey C., Achutarao K.M., Cubash U., Et al. An overview of results from the coupled model intercomparison project. // Glob. Planet. Change. 2003. Vol. 37. P. 103-133.

81. Cox P.M., Betts R.A., Jones C.D., et al. Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model. // Nature. 2000. Vol. 408. P. 184-187.

82. Dickinson R.E., Henderson-Sellers A., Kennedy P.J., Wilson M.F. Biosphere-atmosphere transfer scheme (BATS). NCAR TN-275-STR. Boulder, Colo: Naval Weather Service, 1986. 69 p.

83. Eliseev A.V., Mokhov I.I. Carbon cycle-climate feedback sensitivity to parameter changes of a zero-dimensional terrestrial carbon cycle scheme in a climate model of intermediate complexity. // Theor.Appl.Climatol. 2007. Vol. 89. N. 1-2. P. 9-24.

84. Gaillardet J., Dupre В., Louvat P., Allegre C.J. Global silicate weathering and CO2 consumption rates deduced from chemistry of large rivers. // Chem. Geol. 1999. Vol. 159. P. 3-30.

85. Global Runoff Data Centre. Second Interim report on the Arctic river database for Arctic Climate System study (ACSYS). Tech. Rep. 12. FIH. Koblenz. 1996. 48 p.

86. Goodrich L.E. Efficient numerical technique for one-dimensional thermal problems with phase change. // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1978. N. 5. P. 160-163.

87. Gorham E. Northern peatlands: role in the carbon cycle and probable responses to climatic warming. // Ecol. Appl. 1991. Vol. 1. P. 182-195.

88. Graham S.T., Famiglietti J.S., Maidment D.R. Five-minute, 1/2°, and 1° data sets of continental watersheds and river networks for use in regional and global hydrologic and climate system modeling studies. // Water Resour. Res. 1999. N. 2. P. 583-587.

89. Harvey L.D.D., Huang Z. Evaluation of the potential impact of methane clathrate destabilization on future global warming. //J. Geophys. Res. 1995. Vol. 100. N. D2. P. 2905-2926.

90. Hirabayashi Y., Kanae S., Struthers I., Oki T. A 100-year (1901-2000) global retrospective estimation of the terrestrial water cycle. //J- Geophys. Res. 2005. Vol. 110. N. D19. P. D19101.

91. Jones P.D., New M., Parker D.E., Martin S., Rigor I.G. Surface air temperature and its changes over the past 150 years. // Rev. Geophys. 1999. Vol. 37. N. 2. P. 173-199.

92. Jones C.D., Cox P.M., Essery R.L.H., Roberts D.L., Woodage M.J. Strong carbon cycle feedbacks in a climate model with interactive CO2 and sulphate aerosols. // GRL. 2003. Vol. 30. N. 9. P. 1479.

93. Jorgenson M.T., Racine C.H., Walters J.C., Osterkamp Т.Е. Permafrost degradation and ecological changes associated with a warming climate in central alaska. // Climatic Change. 2001. Vol. 48. N. 4. P. 551-571.

94. Khvorostyanov D.V., Ciais P., Krinner G., Zimov S.A., Corradi Ch., Guggenberger G. Vulnerability of permafrost carbon to global warming. Part I: sensitivity of permafrost carbon stock to global warming. // Tellus. 2008. Vol. 60B. N. 2. P. 265-275.

95. Koster R.D. The offline validation of land surface models: assessing success at the annual timescale. // Journal of the Meteorological society of Japan. 1999. Vol. 77. N. IB. P. 257-263.

96. Lawrence D.M., Slater A.G. A projection of severe near-surface permafrost degradation during the 21st century. // Geophys. Res. Lett. 2005. Vol. 32. N. 24. R L24401.

97. Leemans R. Global data sets collected and compiled by the Biosphere Project. Laxenburg: International Institute for Applied System Analysis, 1990.

98. Lloyd J., Taylor J.A. On the temperature dependence of soil respiration. // Functional Ecology. 1994. Vol. 8. N. 3. P. 315-323.

99. Los S.O., Collatz G.J., Sellers , et al. A global 9-year biophysical land-surface data set from NOAA AVHRR data. //J. Hydrometeorol. 2000. Vol. 1. N. 2. P. 183-199.

100. Malevsky-Malevich S.P., Molkentin E.K., Nadyozhina E.D., Shklyarevich O.B. Numerical simulation of permafrost parameters distribution in Russia. // Cold Reg. Sci. Tech. 2001. Vol. 32. N. 1. P. 1-11.

101. Manabe S., Spelman M.J., Stouffer R.J. Transient responces of a coupled ocean-atmosphere model to gradual changes of atmospheric CO2. // J. Climate. 1992. Vol. 5. N. 2. P. 105-126.

102. Melnikov E.S., Leibman M.O., Moskalenko N.G., Vasiliev A.A. Active-layer monitoring in the cryolithozone of west Siberia. // Polar Geography. 2004. Vol. 5. N. 4. P. 267-285.

103. Monserud R.A., Leemans R. Comparing global vegetation maps with the Kappa statistic. // Ecol. Mod. 1992. Vol. 62. N. 4. P. 275-293.

104. Mosally F., Wood A.S., Al-Fhaid A. An exponential heat balance integral method. // Appl. Math. Comput. 2002. Vol. 130. P. 87-100.

105. Nelson F.E., Outcalt S.I. A computational method for prediction and regionalization of permafrost. // Arctic. Alp. Res. 1987. Vol. 19. N. 3. P. 279-288.

106. Nelson F.E., Anisimov O.A., Shiklomanov N.I. Subsidence risk from thawing permafrost. // Nature. 2001. Vol. 410. P. 889-890.

107. Nelson F.E., Anisimov O.A., Shiklomanov N.I. Climate change and hazard zonation in the circum-arctic permafrost regions. // Natural Hazards. 2002. N. 3. P. 203-225.

108. Nelson F.E. (Un)frozen in time. // Science. 2003. Vol. 299. P. 1673-1675.

109. New M., Hulme M., Jones P. Representing twentieth-century spaceljtime climate variability, part I: Development of 1901-96 monthly grids of terrestrial surface climate. // J. Climate. 1999. Vol. 12. P. 829-856.

110. New M., Hulme M., Jones P. Representing twentieth-century spaceljtime climate variability, part II: Development of 1901-96 monthly grids of terrestrial surface climate. // J. Climate. 2000. Vol. 13. P. 2217-2238.

111. Nicolsky D.J., Romanovsky V.E., Alexeev V.A., Lawrence D.M. Improved modeling of permafrost dynamics in a GSM land-surface scheme. // Geophys. Res. Lett. 2007. Vol. 34. R L08501.

112. Niu G.-Y., Yang Z.-L., Dickinson R.E., Gulden L.E., Hua Su. Development of a simple groundwater model for use in climate models and evaluation with gravity recovery and climate experiment data. //J-Geophys. Res. 2007. Vol. 112. R D07103.

113. Oki Т., Kanae S. Global hydrological cycles and world water resources. // Science. Vol. 313. N. 5790. R 1068-1072.

114. Osterkamp Т.Е., Romanovsky V.E. Evidence for warming and thawing of discontinuous permafrost in alaska. // Permafrost and Pereglacial Processes. 1999. Vol. 10. P. 17-37.

115. Price P.B., Sowers T. Temperature dependence of metabolic rates for microbial growth, maintenance, and survival. // Proceedings of the National Academy of Science. 2004. Vol. 101. N. 13. P. 4631-4636.

116. Robinson D.A., Dewey K.F., Heim R.R. Global snow cover monitoring: An update. // Bull. Amer. Met. Soc. 1993. Vol. 74. N. 9. P. 1689-1696.

117. Rossow W.B., Schiffer R.A. Isccp cloud data products. // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1991. Vol. 72. P. 2-20.

118. Saito К., Kimoto M., Zhang Т., et al. Evaluating a high-resolution climate model: Simulated hydrothermal regimes in frozen ground regions and their change under the global warming scenario. //J. Geophys. Res. 2007. Vol. 112. N. F2. P. F02S11.

119. Sazonova T.S., Romanovsky V.E. A model for regional-scale estimation of temporal and spatial variability of active layer thickness and mean annual ground temperatures. // Permafrost Periglac. Process. 2003. N. 14. P. 449463.

120. Schlosser C.A., Slater A.G., Robock A., et al. Simulations of a boreal grassland hydrology at Valdai, Russia: PILPS phase 2(d). // Mon. Wea. Rev. 2000. Vol. 128. N. 2. P. 301-321.

121. Schuur E.A.G., Bockheim J., Canadell J.G., et al. Vulnerability of Permafrost Carbon to Climate Change: Implications for the Global Carbon Cycle. // Bioscience. 2008. Vol. 58. N. 8. P. 701-714.

122. Serreze M.C., Walsh J.E., Chapin F.S., et al. Observational evidence of recent change in the northern high-latitude environment. // Clim. Change. 2000. Vol. 46. P. 159-207.

123. Serreze M.C., Bromwich D.H., Clark M.P., et al. Large-scale hydro-climatology of the terrestrial Arctic drainage system. //J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108. N. D2. P. 8160.

124. Shibchurn A., Van Geel P.J., Kennedy P.L. Impact of density on hydraulic properties of peat and the time domain reflectometry (TDR)moisture calibration curve. // Can. Geotech. J. 2005. Vol. 42. P. 279286.

125. Smith S.L., Burgess M.M, Riseborough D., Nixon F.M. Recent trends from Canadian permafrost thermal monitoring networks sites. // Permafrost and Pereglacial Processes. 2005. Vol. 16. P. 19-30.

126. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Eds: Solomon S., Qin D., Manning M. et al. Cambridge/New York: Cambridge University Press, 2007. 996 p.

127. Stendel M., Christensen J.H. Impact of global warming on permafrost condition in a coupled GCM. // Geophys. Res. Lett. 2002. Vol. 29. N. 13. P. 10-1-10-4.

128. Stillwell-Soller L.M., Klinger L.F., Pollard D., Thompson S.L. The global distribution of freshwater wetlands. NCAR TN-416+STR. Boulder, Colo: National Center for Atmospheric Research, 1995.

129. Thie J. Distribution and thawing of permafrost in the southern part of the discontinuous permafrost zone in Manitoba. // Arctic. 1974. Vol. 27. P. 189-200.

130. Uppala S.M., Kellberg P.W., Simmons A.J., et. al. The ERA-40 re-analysis. // Quart. J. R. Meteorol. Soc. 2005. Vol. 131. P. 2961-3012.

131. Valdes P. Paleoclimate modeling. // Numerical modeling of the global atmosphere in the climate system. Eds: P. Mote and A. O'Neill. Dordrecht/Boston/London: Kluwer Acad. Publ. 2000. P. 465-488.

132. Van Genuchten M.Th., Nielsen D.R. On describing and predicting the hydraulic properties of unsaturated soils. // Annales Geophys. 1985. Vol. 3. R 615-628.

133. Waelbroeck C. Climate-soil processes in the presence of permafrost: a systems modelling approach. // Ecological Modelling. 1993. Vol. 69. P. 185— 225.

134. Walter K.M., Zimov S.A., Chanton J.P., et al. Methane bubbling from Siberian thaw lakes as a positive feedback to climate warming. // Nature. 2006. Vol. 443. N. 7107. P. 71-75.

135. Whiting G.J., Chanton J.P. Primary production control of methane emission from wetlands. // Nature. 1993. Vol. 364. P. 794-795.

136. Yeh P.J-F., Eltahir E.A.B. Representation of water table dynamics in a land surface scheme. Part I: Model development. //J- Climate. 2005. Vol. 18. N. 12. P. 1861-1880.

137. Yi S., Ming-ko Woo, Arain M.A. Impacts of peat and vegetation on permafrost degradation under climate warming. // Geophys. Res. Lett. 2002. Vol. 34. P. L16504.

138. Zhang Т., Barry R.G., Knowles K., Heginbottom J.A., Brown J. Statistics and characteristics of permafrost and ground-ice distribution in the northern hemisphere. // Polar. Geogr. 1999. Vol. 23. N. 2. P. 132-154.

139. Zhang Т., O.W.Frauenfeld , Serreze M.C., et al. Spatial and temporal variability in active layer thickness over the russian arctic drainage basin. // J. Geophys. Res. 2005. Vol. 110. P. D16101.