Прогноз глобальной динамики углекислого газа с помощью минимальных математических моделей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.02, кандидат физико-математических наук Ерохин, Дмитрий Викторович

• Ерохин, Дмитрий Викторович
• кандидат физико-математических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Ерохин, Дмитрий Викторович

РЕФЕРАТ 2 стр.

ВВЕДЕНИЕ 5 стр.

ГЛАВА 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ 9 стр. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БИОСФЕРЫ И КЛИМАТА

1.1.0 цели исследования 9 стр.

1.2. Об объекте исследования 17 стр.

1.3. Об инструменте исследования 20 стр.

1.3.1 Моделирование взаимодействия углеродного цикла и 22 стр. климата

1.3.2 Минимальные модели системы «биосфера-климат» 31 стр.

1.4. О ключевых параметрах моделируемой системы «биосфера- 58 стр. климат»

1.4.1. Глобальный цикл углерода 58 стр.

1.4.2. Динамика атмосферной концентрации двуокиси углерода 69 стр.

1.4.3. Влияние СО2 на первичную продукцию 72 стр.

1.4.4. Динамика углерода в почве 74 стр.

1.4.5. Перспективные оценки будущих изменений температуры 79 стр.

ГЛАВА 2. МИНИМАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ГЛОБАЛЬНОЙ 82 стр. ДИНАМИКИ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

2.1. Базовая минимальная модель многолетней динамики С02 85 стр.

2.1.1. Описание модели 86 стр.

2.1.2. Результаты моделирования 94 стр.

ГЛАВА 3. ОБЪЕДИНЁННАЯ МИНИМАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ 103 стр. МНОГОЛЕТНЕЙ ДИНАМИКИ УГЛЕКИСЛОГ ГАЗА

3.1. Описание модели 103 стр.

3.2. Результаты верификации модели 110 стр.

3.3. Результаты работы объединённой многолетней модели 112 стр.

3.3.1 Оценка вклада океана в динамику модели 112 стр.

3.3.2. Сценарии будущих изменений 113 стр.

ГЛАВА 4. МИНИМАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ СЕЗОННОЙ 116 стр. ДИНАМИКИ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

4.1. Описание модели, описывающей наземную часть 119 стр. углеродного цикла

4.2. Описание модели, включающей наземную и океаническую 121 стр. части углеродного цикла

4.3. Сравнение результатов верификации моделей сезонной 123 стр. динамики

4.4. Использование спутниковых данных для верификации 124 стр. моделей сезонной динамики

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогноз глобальной динамики углекислого газа с помощью минимальных математических моделей»

Актуальность проблемы. Экстраполяция наблюдаемых трендов глобальных параметров в будущее указывает на возможность существенных изменений параметров биосферы и климата Земли: содержание СО2 в атмосфере до 1750-го года в течение нескольких тысячелетий было почти неизменно, а затем стало возрастать по экспоненциальному закону, ежегодно увеличиваясь на 0,4%; средняя температура земной поверхности с 1860-го года повысилась на величину около 0,5°С.

Оценка темпов, масштабов и степени необратимости этих изменений представляет собой, без сомнения, одну из актуальнейших задач, стоящих перед современной наукой. Естественное опасение, что биосфера и климат могут «не выдержать» таких нагрузок приводит к задаче оценки пределов устойчивости (эластичности) этих систем. Выявление ключевых факторов глобальных изменений дает возможность, по крайней мере, в принципе, предотвратить все более явно проявляющиеся негативные тенденции в развитии биосферы. Существующая программа "Global Change" ориентирована в первую очередь на сугубо климатические факторы, однако еще академик В.И.Вернадский указывал на важную роль биосферы в изменении условий на Земле. Он имел в виду геологические масштабы времени, но есть основания считать, что биосфера способна оказывать значимое влияние на существенно меньших временных интервалах. Актуальной становится оценка последствий антропогенного воздействия на систему взаимодействующих биологических (биосферных) и глобальных климатических процессов.

Цель и задачи исследования. Целью данного исследования является оценка возможности реализации катастрофического варианта динамики системы «биосфера-климат» и выявление механизма, способствующего наиболее раннему развитию катастрофического режима.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Определение и анализ ключевых процессов изучаемой системы, способных привести к катастрофическим последствиям.

2. Создание, верификация и исследование минимальной математической модели системы «биосфера-климат».

3. Проведение вычислительных экспериментов с серией моделей различной степени общности и различных временных масштабов для определения временных характеристик ключевых процессов системы.

Научная новизна работы.

1. В данном исследовании разработан и последовательно применяется принцип «наихудшего сценария», который заключается в выделении и изучении только тех процессов, которые могут максимально быстро привести к проявлению негативных изменений в исследуемой системе. Применение принципа «наихудшего сценария» к схеме взаимодействий в системе "биосфера-климат" позволяет выделить потенциально наиболее быструю петлю положительной обратной связи и, тем самым, использовать для описания биосферы малоразмерную (минимальную) математическую модель.

2. Показана возможность негативных катастрофических изменений системы «биосфера-климат» и проведена оценка так называемых «дат необратимости»;

3. Проведена оценка антропогенных потоков СОг, нарушающих естественный углеродный цикл и показано, что баланс глобального круговорота углерода достижим без введения широко используемого в настоящее время неизвестного стока в наземные экосистемы.

Научно-практическое значение работы.

Предложенный принцип «наихудшего сценария» может использоваться для упрощения моделей экосистем при анализе предельных условий их существования и для исследования обратных связей и критических состояний искусственных замкнутых экосистем жизнеобеспечения человека.

Полученные результаты могут стать основой для дальнейшего исследования критических процессов в системе «биосфера-климат». Принцип наихудшего сценария может быть использован для изучения таких важных элементов углеродного цикла, как, например, динамика концентрации СО2 в экосистемах болот.

Результаты показывают значимость параметров деструкция почвенной органики, накопления растениями избыточного антропогенного углерода и влияния повышенной температуры на фотосинтез растений в контексте возможного развития катастрофических процессов, что может привлечь внимание исследователей к изучению этих процессов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Конференциях молодых учёных ИБФ СО РАН (Красноярск, 2004 и 2006гг.); Конференции молодых учёных при КНЦ СО РАН (Красноярск, 2004г.); Международной конференции «Моделирование климата и влияние изменений климата на рост деревьев» (Красноярск, 2006г.); Международной конференции «ENVIROMIS-2006» (Томск, 2006г., Первое место в конкурсе докладов молодых учёных); Международной конференции «COSPAR-2006» (Пекин, 2006г.); Международной конференции «Разработка ЗСЖО для выживания человека в экстремальных условиях» (Красноярск, 2006г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, среди которых 2 статьи в центральных журналах, 1 статья в Юбилейном сборнике, посвящённому 75-летию академика И.И. Гительзона, 1 статья в сборнике работ, опубликованном по результатам Международной конференции «ENVIROMIS-2006», 3 тезисов докладов на конференциях. Список работ приведён в конце диссертации.

Структура и объём работы. Диссертация состоит их введения, четырёх глав, выводов, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков. Список литературы включает 166 источника из них 130 на иностранном языке.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю и соавтору, д. ф.-м. н. Барцеву С.И. за активное и постоянное участие в создании данной работы, за ценные идеи и полезные советы, и, конечно же, за терпение и оптимизм. Особую благодарность выражаю чл.-корр. РАН Дегерменджи А.Г., соавтору и активному участнику этой работы, оказавшему неоценимую помощь и поддержку в развитии данного направления исследований. Отдельно хочу поблагодарить д.б.н. Печуркина Н.С. за экспертную оценку работы, критические замечания и полезные дополнения. Благодарю весь коллектив лаборатории «Теоретической биофизики», а также коллектив лаборатории «Экологической информатики» ИБФ СО РАН под руководством д.т.н. Шевырногова А.П. за поддержку и участие в выполнении этой работы. Благодарю к.ф.-м.н. А.В. Елисеева, с.н.с. лаборатории «Теории климата» ИФА РАН, за продуктивное обсуждение результатов. Так же благодарю за активное участие в обсуждении работы и за полезные замечания всех участников Теоретического семинара ИБФ СО РАН.

Заключение диссертации по теме «Биофизика», Ерохин, Дмитрий Викторович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложен подход к построению минимальных математических моделей биосферы, основанный на принципе наихудшего сценария, как наиболее значимого для принятия решений и практических выводов.

2. В рамках принципа наихудшего сценария рассмотрен один из самых быстрых возможных механизмов высвобождения углекислого газа, работающий по принципу положительной обратной связи. Создана серия минимальных математических моделей для описания динамики биосферы на разных временных масштабах рассмотрения. Результаты моделирования находятся в хорошем соответствии с существующими экспериментальными данными.

3. Главным результатом работы является подтверждение возможности появления в системе «биосфера-климат» необратимых негативных (катастрофических) изменений, вызванных усилением положительной обратной связи «температура - углекислый газ» вследствие антропогенной эмиссии С02 в атмосферу. Проведена оценка временных характеристик катастрофических процессов с вычислением так называемых «дат необратимости» для различных вариантов сжигания ископаемых топлив.

4. На основе моделей сезонной динамики С02 проведена оценка вклада биотической составляющей океанического углеродного цикла в сезонные изменения атмосферной концентрации С02. В результате показано, что на временных масштабах от года до нескольких десятков лет, вклад биоты океана в указанные процессы оказывается несущественным.

5. На основе объединённой модели глобального углеродного цикла проведена оценка антропогенных источников поступления углерода в атмосферу, в том числе и потока, связанного с изменением типов землепользования. В итоге выдвинуто предположение о том, что широко практикуемое введение неизвестного стока углерода в наземные экосистемы излишне.

6. Из модели следует, что развитие катастрофических вариантов глобальной динамики зависит в первую очередь от температурных зависимостей роста растений и почвенных микроорганизмов, а так же предельно возможного прироста наземной биомассы при возрастании атмосферной концентрации С02

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главная идея данного исследования, которая подчёркивалась на всём его протяжении, заключается в том, чтобы обратить внимание исследователей и, желательно широкой общественности, не на наиболее вероятные и на более приятные сценарии будущих событий, а в первую очередь на неблагоприятные варианты, как наиболее важные с точки зрения практики.

Предложенный в данной работе принцип «наихудшего сценария» может быть использован и за пределами данного направления исследований. Например, для изучения иных, нежели углеродный цикл, но не менее важных процессов, проистекающих в Биосфере, или же для создания ЗЭСЖО.

Полученные в работе результаты по выделению критических механизмов быстрой положительной обратной связи фактически представляют собой заказ экспериментаторам на проверку и уточнение параметров этих механизмов. Проведение этих экспериментов имеет ту же степень актуальности, как и собственно биосферно-климатические исследования, важность которых не вызывает сомнений.

В качестве финальной фразы хотелось бы высказать очень простую и вместе с тем очень важную мысль: невозможно осознать всю ценность жизни, пока не доведётся понять, как легко её можно потерять.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Барцев С.И., Дегерменджи А.Г., Ерохин Д.В. Глобальная минимальная модель многолетней динамики углерода в биосфере. ДАН, 2005, т.401, №2, с.233-237.

2. Барцев С.И., Дегерменджи А.Г., Ерохин Д.В. Глобальные обобщенные модели динамики углекислого газа. // Очерки экологической биофизики. Юбилейный сборник к 75-летию академика И.И.Гительзона.- Новосибирск, Изд. СО РАН, 2003, с. 453-467.

3. Барцев С.И., Дегерменджи А.Г., Ерохин Д.В. Глобальные обобщённые модели динамики углекислого газа // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2003. №12. с. 11-28.

4. Ерохин Д.В., Барцев С.И., Дегерменджи А.Г. Прогноз динамики биосферы на основе малоразмерных моделей // Измерения, моделирование и информационные системы для изучения окружающей среды/ под общей редакцией проф. Е.П. Гордова. - Томск: Изд-во Томского ЦНТИ, 2006, с. 108-112.

5. Bartsev S.I., Degermendzhi A.G., Erokhin D.V. «Forecast of biosphere dynamics using small-scale(low-dimensional) models». Reports of International Conference «Climate change, the tree-growth response, and reconstruction of climate», 2006.

6. Ivanova Yu., Bartsev S., Erokhin D., Vysotskaya G., Tchernetsky M., Global biota's and climate's dynamics model development using satellite data The 36th COSPAR, Beijin, China, p. 100

7. Д.В. Ерохин. «Глобальная минимальная модель многолетней динамики углекислого газа» // Материалы конференции молодых учёных КНЦ СО РАН. Красноярск: ИВМ СО РАН. 2004. стр. 13-16.

132

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Ерохин, Дмитрий Викторович, 2006 год

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

2. Борисенков Е.П. Алтунин И.В. Моделирование углеродного цикла в системе атмосфера-океан-биосфера в рамках линейно и диффузионной модели. Метеорология и гидрология. 1983. №3. с.57-64.

3. Борисенков Е.П., Пичугин Ю.А. // ДАН. 2001. Т.378. №6. с.812-815.

4. Борисенков Е.П. Алтунин И.В. Рост углекислого газа в атмосфере и его влияние на климат. ДАН СССР. 1985. т.281. №3. с.559-561.

5. Будыко М.И., Ронов А.Б., Яншин А.Л. История атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.

6. Верзилин Н.Н. Роль живого вещества в образовании земной коры. -Вестн. ЛГУ. Сер. Геология. Георграфия. 1977. вып.4 №24 сю5-13.

7. Вернадский В.И., Биосфера. Л.: Научтехиздат, 1926.

8. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы и её окружения. М.: Наука, 1965, 374с.

9. Елисеев А.В., Мохов И.И., Карпенко А.А. Вариации климата и углеродного цикла в XX-XXI веках в модели промежуточной сложности // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана принята к публикации.

10. Заварзин Г.А., Колотилова Н.Н., Введение в природоведческую микробиологию М.: Книжный дом "Университет", 2001. -256с.

11. Захаров В.И. Грибанов К.Г. Прокопьев В.Е. Влияние полосы прозрачности 8-13 мкм на устойчивость теплового состояния Земли.-Атомная энергия т.12. вып.1. 1992. с.98-102.

12. Кадацкий В.Б. Климат, как продукт биосферы. Мн. Наука и техника. 1986. 112с.

13. Карнаухов А.В.//Биофизика, 1994. т. 39, №1, с.148-152.

14. Карнаухов А.В. // Биофизика живой клетки. 1994. т. 6, с. 14-16.

15. Карнаухов А.В. // Биофизика. 1996. т. 41. №2. с. 523-526.

16. Карнаухов А.В., Карнаухов В.Н. // Биофизика, 1998, т. 43, № 6, с. 11061121.

17. Карнаухов В.Н., Карнаухов А.В. // Биофизика, 1999. т. 44, №1, с. 147148.

18. Карнаухов А.В. //Биофизика. 2001. Т. 46 вып. 6. С. 1138-1149.

19. Киллинг Ч.Д. Бакастоу Р. Влияние промышленных газов на климат. В кн. Энергия и климат. Л. Гидрометеоиздат. 1981. с. 123-177.

20. Киллинг К.Д., Орф Т.П., Группа по изучению оксида углерода, The Scripps Institution of Oceanography (SIO). La Jolla (Calif.) Univ. California, 2001.

21. Кондратьев К.Я., Крапивин В.Ф. Моделирование глобального круговорота углерода. М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2004.

22. Крапивин В.Ф., Потапов И.И. Методы экоинформатики / Под. ред. Арского Ю.М. М.: ВИНИТИ РАН, 2002

23. Макарьева A.M. Горшков В.Г. Парниковый эффект и проблема устойчивости среднеглобальной температуры земной поверхности. -ДАН. 2001. т.376. №6. с.810-814.

24. Моисеев Н.Н. Крапивин В.Ф. Свирежев Ю.М. Тарко A.M. На пути построения модели динамических процессов в биосфере.- Вестник АН СССР. 1979 а. №10. с.88-104.

25. Моисеев Н.Н. Свирежев Ю.М. Системный анализ динамических процессов в биосфере. Концептуальная модель биосферы. Вестник РАН СССР. 1979 б. №2.

26. Монин А.С. Введение в теорию климата.- Л. Гидрометеоиздат, 1982, 246с.

27. Мохов И.И., Елисеев А.В., Карпенко А.А. Чувствительность к антропогенным воздействиям глобальной климатической модели ИФА РАН с интерактивным углеродным циклом // Доклады РАН. 2006. Т.407. N.3. С. 404-404.

28. Мур Б., Бартлет Д. Земля и биосфера. М.: Мир. 1987.

29. Оорт Э. Круговорот энергии на Земле. М.: Мир. 1972

30. Ревел Р. Манк У. Цикл углекислого газа в биосфере. В кн. Энергия и климат. JI. Гидрометеоиздат, 1981, 352с.

31. Роджер М.Д. Глобальный фотосинтез. М.: Наука, 1986

32. Семёнов Д.А. Воздействие биоты на глобальный климат, Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук, Красноярск, 2003.

33. Семёнов С.М., Парниковые газы и современный климат земли. М.: ИЦ «Метеорология и гидрология», 2004.

34. Тарко A.M. Глобальная роль системы атмосфера-растения-почва в компенсации воздействия на биосферу. ДАН СССР. 1977. вып.237. №7. с.234-237.

35. Тарко A.M. Богатырёв Б.Г. Кириленко А.П. и др. Моделирование глобального цикла двуокиси углерода, (отв. ред. Свирежев Ю.М.) М, ВЦ АН СССР, 1988.

36. Хлебопрос Р.Г., Фет А.И., Природа и общество: модели катастроф. Новосибирск, Сибирский хронограф, 1999.

37. Adams В., White A., Lenton Т.М., An analysis of some diverse approachesto modelling terrestrial net primary productivity. Ecol Mod 177, 2004, pp.353391.

38. Agren, G.I. and Bosatta, E., Reconciling differences in predictions of temperature response of soil organic matter. Soil Biology & Biochemistry 34, 2002, pp. 129-132.

39. Arrhenius S. On the influence of the carbonic acid in the air upon the temperature of ground. Philos. Mag., 1896, v.41, pp.23 7-275.

40. Avenhous R., Fenii S., Frick H., Box model for the C02 cycle on the Earth. Envir. Int., 1980, v.2, №4-6, pp.379-385.

41. Bazzaz F.A., Global C02 levels and the response of plants at the population and community levels. In: Climate-Vegetation Interactions / Ed. by C. Rozenzwieg, R. Dickinson. Maryland: UCAR., 1986, pp.31-35.

42. Bender М., Sowers Т., Labeyrie L., The Dole effect and its variation during the past 130,000 years as measured in the VOSTOK ice core, Glob. Biochem. Cycles, v.8, 1994, pp.363-376.

43. Bird, M. I., Lloyd, J. and Farquhar, G. D., Terrestrial carbon storage at the LGM. Nature 371,1994, p.566.

44. Bloh von, W., Block, A., Schellnhuber, H.-J., Self stabilization of the biosphere under global change: a tutorial geophysiological approach. Tellus 49B, 1997, p.249-262.

45. Boden T.A.,Kanciruk P., Farrell M.P. Trends'90, A compendium of data on global change. Oak Ridge, (US Dep. Of Energy Oak Ridge national Lab.; ORNL/CDIAC-36), 1990.

46. Bolin B. Steady state and response characteristics of a simple model of the carbon cycle. In: SCOPE-16. Carbon cycle modeling . N.Y.: John Wiley and Sons, 1981, pp.315-331.

47. Brovkin V., Bendsen J., Claussen M., Ganapolski A., Kubatzki C., Petoukhov V., and Andreev A., Carbon cycle, vegetation, and climate dynamics in Holocene: Experiments with the CLIMBER-2 model, Glob. Biogeochem. Cycles, v. 16, No.4,1139p.

48. Brovkin V., Sitch S., Bloh von W., Claussen M., Bauer E., Cramer W., Role of land cover changes for atmospheric C02 increase and climate change during the last 150 years. Glob Change Biol 10, 2004 pp. 1253-1266.

49. Caldeira, K., and J. F. Kasting, The life span of the biosphere revisited. Nature 360, 1992, p. 721-723.

50. Chamberlain, J. W., Changes in the planetary heat balance with chemical changes in air. Planetary and Space Science 28,1980, p.1011-1018.

51. Climate Change 2001: The Scientific Basis. Intergovernmental Panel on Climate Change / J.T. Houghton, Y. Ding, D.J. Griggs et al. Eds. Cambridge: Cambridge Univ. Press. 2001. 88 lp.

52. Сох РМ, Betts RA, Jones CD, Spall SA, Totterdell IJ, Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model. Nature 408: 184-187, 2000.

53. Craig, S. G. and Holmen, K. J., Uncertainties in future C02 projections. Global Biogeochemical Cycles 9, 1995, p. 139-152.

54. Craine J. M., Wedin D. A., «Determinants of growing season soil C02 flux in a Minnesota grassland» // Biogeochemistry. 2002. V. 59. P. 303-313.

55. Christopher B. Field, Michael J. Behrenfeld, James T. Randerson, Paul Falkowski, Primary Production of the Biosphere: Integrating Terrestrial and Oceanic Components, Science, v. 281,1998, pp 237-240.

56. Dickinson R.E., Convergence rate and stability of ocean atmosphere coupling schemes with zero-dimensional climate model., J. Atmos. Sci., 1981, v.38, №10, pp.2112-2120.

57. Dickinson, R. E., How will climate change. Preprint, Villache, 1985, pp.l-61.

58. Dufresne J-L., Friedlingstein P., Berthelot M., Bopp L., Ciais P., Fairhead L., Le Treut H., Monfray P., On the magnitude of positive feedback between future climate change and the carbon cycle. Geophys Res Lett 29, 2002, p. 1405.

59. 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. принята к публикации.

60. Enting I.G., Journal of Geophysical Research 92, 1987, pp. 5497-5504.

61. Falkowski P.G., Barber R.T., and Smetacek V. Biogeochemical controls and feedbacks ocean primary production, Science, vol. 281, 1998, pp. 200-206.

62. Farquhar G.D., Lloyd J., Taylor J.A., Flanagan L.B., Syvertsen J.P., Hubick K.T., Wong S.C., Ehleringer J.R., Vegetation effects on the isotope composition of oxygen in atmospheric C02, Nature, v.363, 1993, pp. 439443.

63. Foley J. A., Levis S., Prentice I. C., Pollard, D. and Thompson, S. L. Coupling dynamic models of vegetation and climate. Global Change Biology 4, 1998, pp.561-579.

64. Franck S., Block A., Bloh von W., Bounama C., Schellnhuber H.-J., and Svirezhev Y. M., Reduction of life span as a consequence of geodynamics. Tellus 52B, 2000, pp. 94-107.

65. Friedlingstein P., Bopp L., Ciais P., Dufresne J-L., Fairhead L., Le Treut H., Monfray P., Orr J., Positive feedback between future climate change and the68. carbon cycle. Geophys Res Lett 28, 2001, pp. 1543-1546.

66. Friendlingstein P., Dufresne J.-L., Cox P.M., Rayner P. How positive is the feedback between climate change and the carbon cycle? // Tellus. 2003. V.55B. N.2. P.692-700.

67. Thomas H., England M.H., Ittekkot V. An off-line 3D model of anthropogenic C02 uptake by oceans // Geophys. Res. Lett. 2001. V. 28 N.3 P.547-550

68. Ganopolski, A., Kubatzki, C., Claussen, M., Brovkin, V. and Petoukhov, V. 1998a. The influence of vegetation-atmosphere-ocean interaction on climate during the mid-Holocene. Science 280, 1916-1919.

69. Ganopolski, A., Rahmstorf, S., Petoukhov, V. and Claussen, M. 1998b. Simulation of modern and glacial climates with a coupled global model of intermediate complexity. Nature 391, 351-356.

70. Gardner M.R., Ashby W.R., Connectance of large dynamic cybernetic systems: critical values for stability, Nature, v. 228,1970, p. 784.

71. Gates W.T., The use of general circulation models in the analysis of the ecosystem impact on climate change., In: Reports of the study conference on the sensitivities of ecosystem and society to climate change. WMO/UNEP/ICSU. WCP-83. Geneva, 1984, 24p.

72. Gifford, R. M. Implications of C02 effects on vegetation for the global carbon budget. In: The global carbon cycle (ed. M. Heimann). Springer-Verlag, Berlin, 1993, p. 159-199.

73. Ginkel van, J.H., Gorissen, A. and Polci, D., Elevated atmospheric carbon dioxide concentration: effects of increased carbon input in a Lolium perenne soil on microorganisms and decomposition. Soil Biology & Biochemistry 32, 2000, pp.449-456.

74. Goyet, C. and Poisson, A., New determination of carbonic-acid dissociation constants in seawater as a function of temperature and salinity. Deep-Sea Research Part A — Oceanographic Research Papers 36, 1989, p. 1635-1654.

75. Goudrian J., van Keulen H., van Laar H.H. (Eds.) The greenhouse effect and primary productivity in European agrosystems. Wageningen: Pudoc., 1990, 90 p.

76. Harvey, L. D. D., Effect of model structure on the response of terrestrial biosphere models to C02 and temperature increases. Global Biogeochemical Cycles 3,1989, p.137-153.

77. Houghton, J. Т., Jenkins, G. J. and Ephraums, J. J., CLIMATE CHANGE. The IPCC Scientific Assessment. Cambridge University Press, Cambridge, 1990.

78. Houghton R.A., Revised estimates of the annual net flux of carbon to the atmosphere from changes in land use and land management 1850-2000. Tellus 55B, 2003, 378-390.

79. House J.I., Prentice I.C., Ramankutty N., Houghton R.A., Heimann M., Reconciling apparent inconsistencies in estimates of terrestrial C02 sources and sinks. Tellus 55B, 2003, 345-363.

80. Hungate, B.A., Jaeger III, C.H., Gamara, G., Chapin III, F.S. and Field, C.B., Soil microbiota in two annual grasslands: responses to elevated atmospheric C02. Oecologia 124, 2000, pp.589-598.

81. Huntingford C., Cox P.M., Lenton T.M., Contrasting responses of a simple terrestrial ecosystem model to global change. Ecol Mod 177, 2000, pp.41-58.

82. IPCC. Изменение климата, 2001г.: Научные аспекты, ЮНЕП, ВМО, www.ipcc.ch

83. IPCC TP V: Climate Change and Biodiversity, H.Gitay, et al., 2002, 76 p.

84. Jain, A. K., Kheshgi, H. S., Ho Vert, M. I. and Wuebbles, D. J., Distribution of radiocarbon as a test of global carbon cycle models. Global Biogeochemical Cycles 9, 1995, p. 153-166.

85. 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 37, 1999, pp.173-199.

86. 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 C02 and sulphate aerosols. Geophys Res Lett 30, 2003, p. 1479.

87. Jones C.D., Cox P.M., Atmos Sci Lett Constraints on the temperature sensitivity of global soil respiration from the observed interannual variability in atmospheric C02, 2001.

88. Johnson, L.C., Shaver, G.R., Cades, D.H., Rastetter, E., Nadelhoffer, K., Giblin, A., Laundre, J. and Stanley, A., Plant carbon-nutrient interactions control C02 exchange in Alaskan wet sedge tundra ecosystems. Ecology 81, 2000, pp. 453-469.

89. Kasting, J. F., Whitmore, D. P. and Reynolds, R. Т., Habitable zones around main sequence stars. Icarus 101, 1993, p.108-128.

90. Keeling C.D., Chine J.F.S., Whorf T.P., Increased activity of northern vegetation inferred from atmospheric C02 measurements. Nature 382, 1996, pp. 146-149.

91. Keeling C.D., Whorf T.P., and the Carbon Dioxide Research Group, Scripps Institution of Oceanography (SIO), Univ. of California, La Jolla, California USA, August 13,2001.

92. Knox, F. and McElroy, M. В., Changes in atomspheric C02: influence of the marine biota at high latitude. Journal of Geophysical Research 89, 1984, p. 4629-4637.

93. Kostitzin V.A., L'evolution de l'atmosphere: Circulation organique, epoques glaciaries. Hermann, Paris, 1935.

94. Koclaimer G.H. et al. The role of the biosphere in the carbon cycle and biota models. In: Carbon dioxide: Current Views and Developments in Energy. / Climate Research. Dordreht et al. D.Reidel. Publ. Co., 1983, pp.94-144.

95. Kwon, O.-Y. and Schnoor, J. L., Simple global carbon model: the atmosphere-terrestrial biosphere ocean interaction. Global Biogeochemical Cycles 8,1994, p.295-305.

96. Land Use, land-use Change, and Forestry. Special Report on the IPCC, Watson R.T., Noble I.R., Bolin В., et al., eds., Cambridge University Press, Cambridge, 2000, 377p.

97. Lashof, D. A., The dynamic greenhouse: feedback processes that may influence future concentrations of atmospheric trace gases and climatic change. Climatic Change 14, 1989, p.213-242.

98. Lenton, Т. M. and J. E. Lovelock. Daisyworld revisited: quantifying biological effects on planetary self-regulation. Tellus, 53B(3), 2001, p.288-305.

99. Lenton, Т. M. and J. E. Lovelock. Daisyworld is Darwinian: Constraints on Adaptation are Important for Planetary Self-Regulation. Journal of Theoretical Biology, 206(1), 2000, p. 109-114.

100. Lenton, Т. M. Land and ocean carbon cycle feedback effects on global warming in a simple Earth system model. Tellus, 52B(5), 2000, p. 1159-1188.

101. Le Quere C., Aumant O., Bopp L., Bousquet P., Ciais P., Francey R., Heimann M., Keeling R.F., Kheshgi H., Peylin P., Piper S.C., Prentice I.C., Rayner P., Two decades of ocean C02 sink and variability. Tellus 55B, 2003, 649-656.

102. Liski, J., Ilvesniemi, H., Makela, A. and Westman, C.J., C02 emissions from soil in response to climatic warming are overestimated The decomposition of old soil organic matter is tolerant of temperature. Ambio 28, 1999, pp. 171174.

103. Lloyd, J. and Taylor, J. A., On the temperature dependence of soil respiration. Functional Ecology 8,1994, p.315-323.

104. Lovelock, J. E., and M. Whitfield, Life span of biosphere. Nature 296, 1982,p. 561-563.

105. Lovelock, J. E., The ages of Gaia. Oxford University Press, Oxford, 1989.

106. Lovelock, J. E., GA1A the practical science of planetary medicine. GA1A books, London, 1991.

107. Lovelock, J. E., and L. Margulis, Atmospheric homeostasis by and for the biosphere: the Gaia hypothesis. Tellus 26, 1974, p.2-10.

108. Luo Y, Wan S., Hui D„ Wallace L.L. // Nature. 2001. V. 413. P. 622-625.

109. Manabe S., Wetherald R. The effect of doubling the C02 concentration on the climate of general circulation model., J. Atmos. Sci, 1975, v.32, №1, pp.315.

110. Matthews H.D., Weaver A.J., Meissner K.J. Terrestrial carbon cycle dynamics under recent and future climate change. J Climate 18, 2005, pp. 1609-1628.

111. Matthews H.D., Weaver A.J., Meissner K.J., Gillett N.P., Eby M., Natural and anthropogenic climate change: incorporating historical land cover change, vegetation dynamics and the global carbon cycle. Clim Dyn 22, 2004, pp.461479.

112. May R.M., Will a large complex system be stable? Nature, v.238, 1972, p.413.

113. May R.M., Stability and Complexity in Model Ecosystems, 2nd Ed., Princeton University, Princeton, NJ, 1974.

114. McGuffie K., Henderson-Sellers A., Forty years of numerical climate modeling, Int. J. of Climatology, 2001, 21, №9, pp. 1067-1109.

115. McKay, C. P., Lorenz, R. D. and Lunine, J. I., Analytic solutions for the antigreenhouse effect: Titan and the early Earth. Icarus 137, 1999, p.56-61.

116. Melillo J.M., Steudler P.A., Aber J.D., Newkirk K., Lux H., Bowles F.P., Catricala C., Magill A., Ahrens Т., Morrisseau S., Soil warming and carbon-cycle feedbacks to the climate system. Science 298, 2002, pp.2173-2176.

117. Milliman J.D., Production and accumulation of calcium-carbonate im the ocean budget of a nonsteady state, Glob. Biochem. Cycles, v.7, 1993, pp.927-957.

118. Moiseev, N.N., Svirezhev, Y.M., Systems analysis of the biosphere dynamics: Minimal model of the biosphere. USSR Acad. Sci. Herald 2, 1979, p.47- 58.

119. Morgan J.A., LeCain D.R., Mosier A.R., Milchunas D.G. // Global Change Biol. 2001. V. 7. P. 451-466.

120. Oeschger, H., Siegenthaler, U., Schotterer, U. and Gugelmann, A., A box diffusion model to study the carbon dioxide exchange in nature. Tellus 27, 1975, p.168-192.

121. Olson J.S., Pfiiderer H.A., Chan Y.-H., Changes in a global carbon cycle and the biosphere, ORLS/EIS-109. Oak Ridge, Tennessee, Oak Ridge Nat. Laboratory, 1978,169p.

122. Pearman G.I., Hyson P., Activities of the global biosphere as reflected in atmospheric C02 record, J. Geophys. Res. 1980, v.C85, №8, pp.4457-4467.

123. Pearson P.N., Palmer M.R. // Nature. 2000. v. 406. №17. p. 659-699.

124. Pimentel D., Species diversity and insect population outbreaks, Anna. Entomol. Soc. Am., v.54,1981.

125. Plattner G.-K., Joos F., Stocker T.F., Revision of the global carbon budget due to changing air{sea oxygen uxes. Glob Biogeochem Cycles 16, 2002, p. 1096.

126. Pritchard S.G., Davis M.A., Mitchell R.J. et al. // Environ.and Exp. Bot. 2001. V. 46. P. 35-69.

127. Redfearn A., Pimm S.L., Population variability and polyphagy in herbivorous insect communities, Ecolog. Monogr., v.58, 1988.

128. Raich J.W., Schlesinger W.H., The global carbon dioxide flux in soil respiration and its relationship to vegetation and climate. Tellus 44B, 1992, pp.81-99.

129. Riebesell U., Zondervan I., Rost В., Tortell P.D., Zeebe R.E., Morel F.M.M. Reduced calcification of marine plankton in response to increased atmospheric C02 www.nature.com.

130. Risk D., Kellman L., Beltrami H., «Carbon dioxide in soil profiles: Production and temperature dependence» // GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS. 2002. V. 29. NO. 6.

131. Rochette P., Angers D. A., Flanagan L. В., «Maize Residue Decomposition Measurement Using Soil Surface Carbon Dioxide Fluxes and Natural Abundance of Carbon-13» // Soil Science Society of America Journal. 1999. V. 63. P. 1385-1396.

132. Rotmans, J. and Den Elzen, M. G. J., Modelling feedback mechanisms in the carbon cycle: balancing the carbon budget. Tellus 45B, 1993, p.301-320.

133. Sabine C.L., Feely R.A., Gruber N. Key R.M., Lee K., Bullister J.L., Wanninkhof R., Wong C.S., Wallace D.W.R., Tilbrook В., Millero F.J., Peng T.-H., Kozyr A., Ono Т., Rios A.F., The oceanic sink for anthropogenic C02. Science 305, 2004,367-371.

134. Sarmiento, J. L. and Toggweiler, J. R., A new model for the role of the oceans in determining atmospheric pC02. Nature 308, 1984, p.621-624.

135. Schoerer J. Climate change: some basics, www.lib.ox.ac.uk./internet/news/ faq/sci.enviroment.html

136. Siegenthaler U. Oeschger H., Prediction of future C02 concentration by en outcrop-diffusion model of ocean, Experientia, 1981, v.36, №7, pp. 783-786.

137. Siegenthaler, U., Uptake of excess C02 by an outcrop-diffusion model of the ocean. Journal of Geophysical Research 88, 1983, p.3599-3608.

138. Siegenthaler, U. and Wenk, Т., Rapid atmospheric C02 variations and ocean circulation. Nature 308,1984, p.624-626.

139. Siegenthaler, U. and Joos, F. Use of a simple model for studying oceanic tracer distributions and the global carbon dioxide. Palaeogeography, Palaeoclimatology, and the global carbon cycle. Tellus 44B, 1992, p. 186-207.

140. Stainfort D.A., et al., Uncertainty in predictions of the climate response to rising levels of greenhouse gases //Nature. 2000. v. 433. p. 403-406.

141. Siegenthaler U., Sarmiento J.L. Atmospheric carbon dioxide and the ocean // Nature. 1993. V. 365. P. 119-125.

142. Svirezhev Y.U., Krapivin V.F., Tarko A.M., Modeling of the main biosphere cycles. In: Malone TF, JS Roederer (eds) Global Change. Cambridge University Press, Cambridge, 1985, pp.298-313.

143. Svirezhev Yu.M., Tarko A.M. The Global Role of The Biosphere in Stabilization the Atmospheric C02 and Temperature. Carbon Cycle Modelling. SCOPE 16, N.Y., Willey, 1981, p. 355-364.

144. Svirezhev, Y. M., Simple model of interaction between climate and vegetation: virtual biospheres. IIASA Seminar, Laxenburg, 1994.

145. Svirezhev, Y. M., and W. von Bloh, A minimal model of interaction between climate and vegetation: qualitative approach. Ecol. Mod. 92, 1996, p.89-99.

146. Svirezhev, Y. M., and W. von Bloh, Climate, vegetation, and global carbon cycle: the simplest zero-dimensional model. Ecol. Mod. 101, 1997, p.79-95.

147. Svirezhev, Y. M., and W. von Bloh, A zero-dimensional climate-vegetation model containing global carbon and hydrological cycle. Ecol. Mod. 106, 1998, p.l 19-127.

148. Svirezhev, Y. M., and W. von Bloh, The climate change problem and dynamical systems: virtual biospheres concept. In: G. Leitmann, F. E. Udwadia, A. V. Kryazhimski (Eds.). Dynamics and control. Gordon and Breach, 1999, p. 161-173

149. Thornley, J. H. M. Grassland dynamics: an ecosystem simulation model. CAB International, Wallingford, 1998.

150. Thornley, J.H.M and Cannell, M.G.R., Soil carbon storage response to temperature: an hypothesis. Annals of Botany 87, 2001, pp.591-598

151. Tindall I. On the absorption end radiation of heat by gases and vapour and on the physical connection of radiation absorption and conduction, Phil. Mag., 1861, v.22,№144,pp. 167-194.

152. Trumbore S.E., Chadwick O.A., Amundsen R., Rapid exchange between soil carbon and atmospheric carbon dioxide driven by temperature change. Science 272, 1996, pp.393-396.

153. Virginia Wesleyan College, http://www.vwc.edu/academics/ programs/ envs.htm; http://jvarekamp.web.wesleyan.edu/C02/lect3+4.html.

154. Watson A.J., Lovelock J.E., Biological homeostasis of the global environment: the parable of Daisyworld, Tellus 35B, 1983, p. 286-289.

155. Wigley, Т. M. L. Balancing the carbon budget. Implications for projections of future carbon dioxide concentration changes. Tellus 45B, 1993. p.409—125.

156. World Resources Institute, www.wri.org.147