Глобальный и региональный отклик Земной климатической системы на антропогенные и естественные воздействия в XX-XXII веках: связь с временными масштабами системы, анализ в контексте климатических эпох прошлого и возможная необратимость происходящих изменен

Отклик Земной климатической системы (ЗКС) на внешнее (антропогенное и естественное) воздействие тесно связан с временными масштабами для её компонент. Эти масштабы важны, во-первых, при диагностике причин климатических изменений, во-вторых, для оценок проявления изменений на разных временных горизонтах, в-третьих - ввиду возможной частичной необратимости изменений климата. В случае немонотонности внешнего воздействия при этом возможно проявление гистерезисных эффектов. 

Целью предлагаемого проекта является анализ влияния временных масштабов отклика для ряда компонент Земной климатической системы, характеризующихся большой инерцией на особенности её отклика на внешнее воздействие. Данный проект является продолжением проекта РНФ 21-17-00012 «Временные масштабы отклика Земной системы на естественное и антропогенное воздействия и их связь с возможной необратимостью происходящих изменений», выполненного в 2021-2023 гг. (в 2023 г. продление проектов не было предусмотрено), и во многом посвящён развитию его результатов.

В рамках данного проекта предполагается проведение новых исследований, связанных с:

- систематической оценкой временных масштабов отклика различных инерционных компонент Земной климатической системы и влияния этих масштабов на особенности формирования отклика ЗКС на внешнее воздействие в XX-XXII веках;

- сравнением указанного отклика с изменением климата в прошлые эпохи;

- оценкой степени обратимости современных изменений климата на горизонте в несколько столетий;

- влиянием временных масштабов на причинно-следственные связи в ЗКС;

- оценкой изменений запасов углерода в торфяных отложениях Северного полушария на вековых и тысячелетних временных масштабах с систематическим анализом обратной связи между климатом и болотными экосистемами;

- дальнейшем развитием МЗС ИФА РАН и национальной МЗС, основанной на модели INMCM;

- развитием метода анализа численных экспериментов с ансамблями климатических моделей, учитывающих качество воспроизведения характеристик состояния ЗКС на различных временных масштабах, с приложением этих методов к моделям проекта CMIP.

Большая часть результатов, запланированных к получению при выполнении данного проекта, будут получены впервые в мире.

В проекте будут объединены усилия высококвалифицированных специалистов в области физико-математического моделирования Земной системы, являющиеся сотрудниками таких научных центров как ИФА им. А.М. Обухова РАН, МГУ имени М.В. Ломоносова, ИВМиМГ СО РАН и ИМКЭС СО РАН.

Использование вычислительно эффективной глобальной модели Земной системы ИФА им. А.М. Обухова РАН (МЗС ИФА РАН) и ИВМ РАН (модель INMCM) позволит проанализировать особенности отклика как отдельных компонент ЗКС, так и Земной системы в целом при долгопериодном изменении внешнего воздействия на климат. Наряду с этим, будут также использованы результаты численных экспериментов с моделями общей циркуляции, доступные в рамках международных проектов сравнения этих моделей CMIP (Coupled Models Intercomparison Project). Особое внимание будет уделено влиянию временных масштабов отклика компонент ЗКС на внешнее воздействие на причинно-следственную интерпретацию эмпирических результатов. При этом будут развиты и использованы методы анализа, позволяющие оценивать качество таких моделей на различных временных масштабах и увеличивать вклад моделей с лучшим качеством в ансамблевую статистику.

Решение поставленных в проекте задач позволит лучше понять механизмы изменений состояния Земной системы на разных временных масштабах, возможную необратимость этих изменений (в указанном выше смысле) и оценить последствия таких изменений.

Реалистичность достижения поставленных целей проекта обуславливается большим опытом, профессиональным уровнем и значительным заделом участников проекта в вопросах исследований динамики Земной системы и её различных компонент.