Моделирование влияния климатических изменений на фазовое состояние воды в грунте (1103904), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Äëÿ ñòàöèîíàðà ÌàððåÑàëå ðàññ÷èòàííîå çíà÷åíèå ãëóáèíû 1,1 ì. òàêæå î÷åíü áëèçêî ê íàáëþäåíèÿì 1,2±0,6 ì. Ìîäåëüíûå îöåíêè ãëóáèíû ïðîòàèâàíèÿ äëÿ Òèêñè 0,6 ì.íåñêîëüêî çàâûøåíû ïî ñðàâíåíèþ ñ äàííûìè íàáëþäåíèé 0,4±0,2 ì. Íàèáîëüøåå ðàñõîæäåíèå ìîäåëèðóåìûõ è íàáëþäàåìûõ çíà÷åíèé ïîëó÷åíîäëÿ Âîðêóòû: ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ 1,4 ì., äàííûå íàáëþäåíèé 0,8±0,4 ì.,÷òî ìîæåò îáúÿñíÿòüñÿ ðàçëè÷íûì òèïîì ïî÷âû, çàäàííîé â ìîäåëè è íàïëîùàäêå ñòàöèîíàðà, ãäå ïðîâîäèëèñü èçìåðåíèÿ. Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíî ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ ìîäåëèðîâàíèÿ ãëóáèí ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿñ äàííûìè íàáëþäåíèé íà ãåîêðèîëîãè÷åñêèõ ñòàöèîíàðàõ Ìàððå-Ñàëå(69o ñ.ø., 66o â.ä.) è Àëÿñêè (North Slope) (69o ñ.ø., 148o ç.ä.).
Âûäåëåííàÿ ñåðûì öâåòîì îáëàñòü îáîçíà÷àåò ðàçáðîñ äàííûõ èíñòðóìåíòàëüíûõíàáëþäåíèé çà ãëóáèíîé ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ íà ðàçëè÷íûõ ïëîùàäêàõêàæäîãî ñòàöèîíàðà. Êîýèöèåíòû êîððåëÿöèè ìåæäó ìîäåëèðóåìûìèè íàáëþäàåìûìè çíà÷åíèÿìè ãëóáèíû ïðîòàèâàíèÿ ñîñòàâëÿþò 0,6 äëÿÌàððå-Ñàëå è 0,8 äëÿ North Slope. Ìåæãîäîâàÿ èçìåí÷èâîñòü íàáëþäàåìûõ ãëóáèí ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ íà ïëîùàäêàõ íå ïðåâûøàåò âàðèàöèèãëóáèíû ïðîòàèâàíèÿ, ñâÿçàííûå ñ îñîáåííîñòÿìè ìèêðîðåëüåà, ðàçëè÷íûìè óñëîâèÿìè ñíåãîíàêîïëåíèÿ, ãèäðîëîãèåé è òèïîì ïî÷â. ðàçäåëå 2.3ïðîâîäèòñÿ âåðèèêàöèÿ ãèäðîëîãè÷åñêîãî áëîêà ìî-äåëè. Àíàëèçèðóþòñÿ ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ñðåäíåãîäîâîãî ñòîêà âîäîñáîðíûõ áàññåéíîâ ðåê Îáè, Åíèñåÿ è Ëåíû. Îñàäêè çàäàâàëèñü ïî ðåàíàëèçó ERA40 è ïî äàííûì êëèìàòîëîãè÷åñêîãî àðõèâà CRU, èçìåíåíèÿ8ÌàððåÑàëåÀëÿñêà (Noth Slope)èñ.
1. Ìåæãîäîâûå èçìåíåíèÿ ãëóáèíû ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ ïî ìîäåëüíûì îöåíêàì (÷åðíàÿëèíèÿ) è ïî äàííûì íàáëþäåíèé (âûäåëåííàÿ ñåðûì îáëàñòü) ïðè çàäàííîì ïî ðåàíàëèçóERA40 àòìîñåðíîì âîçäåéñòâèè äëÿ ñòàöèîíàðîâ Ìàððå-Ñàëå è Àëÿñêè (Noth Slope).9îñòàëüíûõ àòìîñåðíûõ õàðàêòåðèñòèê - ïî äàííûì ðåàíàëèçà. Äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ òåðìè÷åñêîãî è ãèäðîëîãè÷åñêîãî ðåæèìîâ áîëîò â äâóõ âåðõíèõìåòðàõ çàäàâàëñÿ òîð.
Ñóììàðíûé ìîäåëüíûé ðå÷íîé ñòîê âû÷èñëÿëñÿêàê ðåçóëüòàò ïðîñòðàíñòâåííîãî (ïî âîäîñáîðàì ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåê) èâðåìåííîãî (ïî êàëåíäàðíîìó ãîäó) îñðåäíåíèÿ ñóììàðíîãî ïîâåðõíîñòíîãî è ïîäïîâåðõíîñòíîãî ñòîêà.Äëÿ Îáè (ðèñ. 2) ìîäåëüíûé ãîäîâîé ñòîê ìàëî ðàçëè÷àåòñÿ ïðè ðàçëè÷íûõ äàííûõ äëÿ îñàäêîâ. Ñëåäóåò îòìåòèòü ñóùåñòâåííóþ çàâèñèìîñòüèñ. 2. Âðåìåííîé õîä ãîäîâîãî ñòîêà â áàññåéíå Îáè ïî äàííûì íàáëþäåíèé (1), ìîäåëüíûìîöåíêàì (ïðè èñïîëüçîâàíèè îñàäêîâ CRU) äëÿ ñóãëèíêà (2) è òîðà (3) è ðàçíîñòè îñàäêîâè èñïàðåíèÿ P-E (4).ðàññ÷èòàííîãî ñòîêà îò òèïà ïî÷âû.
Òàê, äëÿ ñóãëèíêà (ïðåäñòàâèòåëüíîãîäëÿ âñåõ ìèíåðàëüíûõ òèïîâ ïî÷â) ãîäîâîé ñòîê (218±22 ìì/ãîä) ñóùåñòâåííî çàâûøåí ïî ñðàâíåíèþ ñ äàííûìè íàáëþäåíèé (140±21 ìì/ãîä).Ïðè çàäàíèè æå â âåðõíèõ äâóõ ìåòðàõ ïî÷âû òîðà, à â áîëåå ãëóáîêèõ ñëîÿõ ñóãëèíêà ìîäåëüíûé ñòîê (159±18 ìì/ãîä) ñóùåñòâåííî ëó÷øåñîãëàñóåòñÿ ñ íàáëþäåíèÿìè.
Ïîëó÷åííîå çíà÷åíèå êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè âðåìåííûõ ðÿäîâ ìîäåëèðóåìîãî è íàáëþäàåìîãî ñòîêà ñîñòàâëÿåò0,7.Ëó÷øåå ñîãëàñèå ðåçóëüòàòîâ ìîäåëèðîâàíèÿ ñòîêà ñ äàííûìè íàáëþäåíèé ïðè ó÷åòå âåðõíåãî ñëîÿ ïî÷âû, íàñûùåííîãî îðãàíèêîé, ïî ñðàâíå10íèþ ñ âàðèàíòîì ñ ìèíåðàëüíîé ïî÷âîé ìîæíî ñâÿçàòü ñ áîëüøèì ðàñïðîñòðàíåíèåì áîëîò â áàññåéíå Îáè.Äëÿ Åíèñåÿ (ðèñ. 3) ïðè çàäàíèè îñàäêîâ ïî äàííûì CRU è ìèíåðàëüíîé ïî÷âû ñðåäíèé çà 19581996 ãã. ìîäåëüíûé ñòîê ñîñòàâëÿåò235±17 ìì/ãîä. Ýòî õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ îöåíêàìè ñòîêà ïî äàííûì íà-èñ. 3. Âðåìåííîé õîä ãîäîâîãî ñòîêà â áàññåéíå Åíèñåÿ ïî äàííûì íàáëþäåíèé (1), ìîäåëüíûìîöåíêàì (ïðè èñïîëüçîâàíèè îñàäêîâ CRU) äëÿ ñóãëèíêà (2) è ðàçíîñòè îñàäêîâ è èñïàðåíèÿP-E (3).áëþäåíèé 236±19 ìì/ãîä è ñ îöåíêàìè ïî ðàçíîñòè îñàäêîâ è èñïàðåíèÿ ñâîäîñáîðà (237-244 ìì/ãîä).
Ïðè ýòîì íåïëîõî âîñïðîèçâîäÿòñÿ è ìåæãîäîâûå âàðèàöèè ñòîêà. Èñêëþ÷åíèå ñîñòàâëÿåò ïåðèîä ñ ñåðåäèíû 1960-õäî ñåðåäèíû 1970-õ ãã., êîãäà èçìåí÷èâîñòü ìîäåëüíîãî ñòîêà çàìåòíî áîëüøå, ÷åì ïî äàííûì íàáëþäåíèé, è â êîíöå 1980-õ ãã. êîãäà ìîäåëèðóåìûåçíà÷åíèÿ ïðåâûøàþò íàáëþäàåìûé ñòîê. Êîýèöèåíòà êîððåëÿöèè ðàâåí0,4.Ñóùåñòâåííàÿ çàâèñèìîñòü ðåçóëüòàòîâ ìîäåëèðîâàíèÿ îò çàäàíèÿîñàäêîâ îòìå÷åíà äëÿ Ëåíû (ðèñ. 4).
Ïðè çàäàíèè îñàäêîâ ïî äàííûì CRUìîäåëüíûé ñòîê ñóùåñòâåííî çàíèæåí (îêîëî 150±20 ìì/ãîä), è åãî òðåíäñòàòèñòè÷åñêè íåçíà÷èì. Ïðè çàäàíèè îñàäêîâ ïî äàííûì ðåàíàëèçà âïëîòüäî êîíöà 1960-õ ãã. ìîäåëüíûé ñòîê òàêæå ñóùåñòâåííî çàíèæåí, íî çàòåì áûñòðî ðàñòåò ïðèìåðíî íà ÷åòâåðòü, òàê ÷òî åãî ñðåäíÿÿ âåëè÷èíà â11èñ. 4. Âðåìåííîé õîä ãîäîâîãî ñòîêà â áàññåéíå Ëåíû ïî äàííûì íàáëþäåíèé (1), ìîäåëüíûìîöåíêàì (ïðè èñïîëüçîâàíèè îñàäêîâ ERA40 (2) è CRU (3)) äëÿ ñóãëèíêà è ðàçíîñòè îñàäêîâè èñïàðåíèÿ P-E (4).19751996 ãã. ñîñòàâëÿåò 180±30 ìì/ãîä.
Ïîñëåäíÿÿ âåëè÷èíà ëó÷øå ñîãëàñóåòñÿ ñ äàííûìè íàáëþäåíèé äëÿ ñòîêà (220±30 ìì/ãîä) è åãî îöåíêàìèêàê ðàçíîñòè îñàäêîâ è èñïàðåíèÿ ñ âîäîñáîðà (190214 ìì/ãîä). Çíà÷åíèåêîýèöèåíòà êîððåëÿöèè ïðè ýòîì ðàâíî 0,8.ëàâà 3ïîñâÿùåíà ðàñ÷åòàì âîçìîæíûõ èçìåíåíèé îñíîâíûõ õàðàê-òåðèñòèê êðèîëèòîçîíû â XXI âåêå â íåèíòåðàêòèâíûõ ÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòàõ ñ ðàçðàáîòàííîé ìîäåëüþ òåïëî- è âëàãîïåðåíîñà â ãðóíòå ïðèçàäàííîì âíåøíåì àòìîñåðíîì âîçäåéñòâèè ïî ñöåíàðèþ SRES A2 êëèìàòè÷åñêîé ìîäåëè ECHAM5/MPI-OM. ðàçäåëå 3.1îáñóæäàþòñÿ ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ äèíàìèêèãëóáèí ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ äëÿ XXI âåêà. Íà ðèñ. 5 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ãëóáèíû ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ ïðèïîâåðõíîñòíûõ ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ïîðîä.Ñîâðåìåííîå ïîëîæåíèå ìîäåëèðóåìûõ ãðàíèö êðèîëèòîçîíû â öåëîìõîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ íàáëþäåíèÿìè.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî â ïðîâåäåííûõðàñ÷åòàõ ìîäåëüíûå îöåíêè äåìîíñòðèðóþò îòñóòñòâèå ïðèïîâåðõíîñòíîéìåðçëîòû íà ïîëóîñòðîâå Ëàáðàäîð â ðàéîíå çàëèâà Óíãàâà. Ýòî ìîæåòáûòü ñâÿçàíî ñ óâåëè÷åííûì êîëè÷åñòâîì çèìíèõ îñàäêîâ â ýòîì ðåãè1220012010 ãã.20912100 ãã.èñ. 5. Ìîäåëèðóåìûå ãëóáèíû ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ (â ìåòðàõ) ïðè çàäàííîì àòìîñåðíîìâîçäåéñòâèè (ECHAM5/MPI-OM).îíå âî âõîäíûõ äàííûõ, è êàê ñëåäñòâèå, óâåëè÷åííîé òîëùèíîé ñíåæíîãîïîêðîâà.  ðàéîíå Àëÿñêè ìîäåëüíûå îöåíêè ãëóáèí ïðîòàèâàíèÿ íèæåíàáëþäàåìûõ âåëè÷èí.
Òàêæå îòìå÷àåòñÿ îïðåäåëåííîå ðàñõîæäåíèå ìîäåëèðóåìûõ è íàáëþäàåìûõ ãðàíèö ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ïîðîä â ðàéîíåÒèáåòà.Ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïðåäåëåíèå ãëóáèí ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ äëÿÑåâåðíîãî ïîëóøàðèÿ ðåàëèñòè÷íî âîñïðîèçâîäèòñÿ ìîäåëüþ.  ÑåâåðíîìÊèòàå è Ìîíãîëèè ìîäåëüíûå îöåíêè áëèçêè ê äàííûì íàáëþäåíèé. Ìîäåëüíûå îöåíêè ïëîùàäè ïðèïîâåðõíîñòíûõ ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ãðóíòîâ18,7 ìëí.
êì2 . ðàçäåëå 3.2îïèñûâàþòñÿ ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ äåãðàäàöèèïðèïîâåðõíîñòíîé ìåðçëîòû â XXI âåêå. Àíàëèçèðóþòñÿ ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ äèíàìèêè ãëóáèíû ñëîÿ ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ â îáëàñòÿõ âå÷íîé ìåðçëîòû, ãäå ìîæåò ïðîèçîéòè ñìåíà ðåæèìà ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿñåçîííûì ïðîìåðçàíèåì. Íà ðèñ. 6 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà ãëóáèíûñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ è ïðîìåðçàíèÿ â òî÷êàõ À (62o ñ.ø., 100o â.ä.) è Â(60o ñ.ø., 156o ç.ä.). ðàçäåëå 3.3ïðèâîäÿòñÿ ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà ïîòåíöèàëüíûõ îñà13ABèñ.
6. Èçìåíåíèÿ ãëóáèíû ñåçîííîãî ïðîòàèâàíèÿ (òîëñòàÿ ÷åðíàÿ ëèíèÿ), ñåçîííîãî ïðîìåðçàíèÿ (òîíêàÿ ÷åðíàÿ ëèíàÿ) è ãëóáèíû êðîâëè ìíîãîëåòíåé ìåðçëîòû (òîëñòàÿ ñåðàÿ ëèíèÿ)â ìåòðàõ.äîê îòòàèâàíèÿ ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ïîðîä. Äëÿ ñóøè Ñåâåðíîãî ïîëóøàðèÿ îïðåäåëåíà ïåðåõîäíàÿ îáëàñòü, â êîòîðîé â XXI âåêå ìîæåò ïðîèçîéòèñìåíà ðåæèìà ñåçîííîãî ïðîìåðçàíèÿ ñåçîííûì ïðîòàèâàíèåì. Äëÿ òàêèõîáëàñòåé ìîæíî îöåíèòü âåëè÷èíó òåïëîâîé îñàäêè ïîâåðõíîñòè ãðóíòà âðåçóëüòàòå èçìåíåíèÿ îáúåìà ïðè àçîâîì ïåðåõîäå ëåä-âîäà â çàâèñèìîñòè îò ãëóáèíû ñëîÿ ñåçîííîãî ïðîìåðçàíèÿ è ãëóáèíû êðîâëè ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ïîðîä:dh = (ξth (T, w) − ξf r (T, w))(1 −ρi),ρw(4)ãäå ξth (T, w) è ξf r (T, w) - ãëóáèíà êðîâëè ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ïîðîä è ãëó14áèíà ñëîÿ ñåçîííîãî ïðîìåðçàíèÿ â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû, âëàæíîñòè è ëüäèñòîñòè, ïîëó÷åííûå èç óðàâíåíèÿ (3); ρw è ρi - ïëîòíîñòü âîäûè ëüäà ñîîòâåòñòâåííî, êã/ì3 .Èçìåíåíèÿ îñàäêè ïîâåðõíîñòè ãðóíòà â XXI âåêå îòíîñèòåëüíî ïåðèîäà 2001-2010 ãã.
ïðèâåäåíû íà ðèñ. 7.20412050 ãã.20912100 ãã.èñ. 7. Ïîòåíöèàëüíûå îñàäêè îòòàèâàíèÿ ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ãðóíòîâ (â ìåòðàõ) ïðè èçìåíåíèè àòìîñåðíîãî âîçäåéñòâèÿ ïî ñöåíàðèþ SRES A2 êëèìàòè÷åñêîé ìîäåëè ECHAM5/MPIOM äëÿ ñåðåäèíû è êîíöà XXI âåêà.Îòðèöàòåëüíûå çíà÷åíèÿ îáîçíà÷àþò âåëè÷èíó îñàäêè ïîâåðõíîñòè.Èç ðèñóíêà âèäíî, ÷òî íàèáîëüøèå èçìåíåíèÿ ïîëîæåíèÿ âåðõíåé ãðàíèöûïî÷âû, âûçâàííûå ïðîòàèâàíèåì ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ïîðîä, áóäóò ïðîèñõîäèòü â öåíòðàëüíîé ÷àñòè çàïàäíîé Ñèáèðè, íà ïîëóîñòðîâå Ëàáðàäîð(ïîáåðåæüå óäçîíîâà çàëèâà).
Ïðè ýòîì âåëè÷èíà îñàäêè îòòàèâàíèÿ çàñ÷åò óìåíüøåíèÿ îáúåìà ìåðçëîãî ãðóíòà ìîæåò ñîñòàâèòü äî 0,9 ì. Ïðèýòîì íå ó÷èòûâàåòñÿ ïðîöåññ âûòåñíåíèÿ âîäû èç ïîðîâîãî ïðîñòðàíñòâà. Âýòîì ñëó÷àå âåëè÷èíà îñàäêè áóäåò áîëüøå (ïîðÿäêà íåñêîëüêèõ ìåòðîâ).ëàâà 4ïîñâÿùåíà àíàëèçó ðåçóëüòàòîâ èíòåðàêòèâíûõ ÷èñëåííûõýêñïåðèìåíòîâ ñ êëèìàòè÷åñêîé ìîäåëüþ ÈÔÀ ÀÍ ïî ðàñ÷åòó õàðàêòåðèñòèê òåðìè÷åñêîãî è ãèäðîëîãè÷åñêîãî ðåæèìîâ ãðóíòà ïðè ðàçëè÷íûõñöåíàðèÿõ àòìîñåðíîãî âîçäåéñòâèÿ. ðàçäåëå 4.1äàíî îïèñàíèå èçìåíåíèé â ðàñ÷åòíîé ñõåìå ìîäåëè15ïðîöåññîâ â ïî÷âå ïðè âêëþ÷åíèè åå â êëèìàòè÷åñêóþ ìîäåëü ÈÔÀ ÀÍ.
Â÷àñòíîñòè, ïàðàìåòðèçàöèÿ äëèííîâîëíîâîé ñîñòàâëÿþùåé ðàäèàöèîííîãîáàëàíñà áûëà èñêëþ÷åíà èç óðàâíåíèÿ áàëàíñà ýíåðãèè íà ïîäñòèëàþùåéïîâåðõíîñòè ïî÷âû è çàìåíåíà ñîîòâåòñòâóþùèìè ðàäèàöèîííûìè ïîòîêàìè, íåïîñðåäñòâåííî ðàññ÷èòûâàåìûìè àòìîñåðíûì áëîêîì ÊÌ ÈÔÀÀÍ.
 âåðõíåì ñëîå ïî÷âû, íàðÿäó ñ âîçìîæíîñòüþ âûáîðà ìåæäó ìèíåðàëüíîé ïî÷âîé (ãëèíîé, ñóãëèíêîì, ïåñêîì) è òîðîì, áûëà äîáàâëåíàâîçìîæíîñòü çàäàíèÿ ñëîÿ íèæíåé ðàñòèòåëüíîñòè (ìõîâ è/èëè ëèøàéíèêîâ). Ýòîò ñëîé ó÷èòûâàëñÿ òîëüêî â ðåãèîíàõ òóíäðû, ëåñîòóíäðû, õîëîäíîãî ðåäêîëåñüÿ, è áîðåàëüíûõ ëåñîâ, ãäå åãî òîëùèíà çàäàâàëàñü ðàâíîé5 ñì.Ñ ìîäåëüþ áûëè ïðîâåäåíû ðàâíîâåñíûå ÷èñëåííûå ýêñïåðèìåíòû ñðàçëè÷íûìè çíà÷åíèÿìè êîíöåíòðàöèè óãëåêèñëîãî ãàçà â àòìîñåðå (ïîñòîÿííûìè â êàæäîì ýêñïåðèìåíòå): äîèíäóñòðèàëüíîé (280 ìëí−1 , â äàëüíåéøåì ýòîò ýêñïåðèìåíò îáîçíà÷àåòñÿ PI), ñîâðåìåííîé (380 ìëí−1 , ýêñïåðèìåíò PD) è óäâîåííîé äîèäóñòðèàëüíîé (560 ìëí−1 , ýêñïåðèìåíò 2CO2). ðàçäåëå 4.2îáñóæäàþòñÿ ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà õàðàêòåðèñòèê ñå-çîííîãî ïðîìåðçàíèÿ/ïðîòàèâàíèÿ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
