microbik.ru
1

Важнейший результат, полученный в рамках исследований
по интеграционному проекту № 50


С.И. Барцев1, П.В. Белолипецкий2, А.Г. Дегерменджи1,
С.Б. Медведев3, А.И. Пестунов3, И.А. Пестунов3, А.М. Федотов3


1Институт биофизики СО РАН, г. Красноярск

2Институт вычислительного моделирования СО РАН, г. Красноярск

3Институт вычислительных технологий СО РАН, г. Новосибирск
Проведен качественный анализ минимальной модели многолетней динамики углерода в биосфере, построенной на основе принципа наихудшего сценария, который показал, что в рамках допустимых в настоящее время значений параметров существуют три стационарных состояния биосферы. Причем одно из этих состояний неустойчиво (особая точка типа «седло»), а два устойчивы и различаются стационарными значениями всех переменных модели, включая глобальную температуру. Из анализа построенных параметрических и фазовых портретов модели следует, что если истинные параметры биосферы близки к крайним значениям их оценок, то согласно модели существующее состояние биосферы не является стационарным, а представляет собой медленный, но самоускоряющийся дрейф в сторону одного из двух устойчивых стационарных состояний. Причем одно из этих состояний крайне неблагоприятно и соответствует существенному похолоданию климата. Следует отметить, что сжигание ископаемых топлив не является движущей силой этого дрейфа. В рамках модели этот дрейф будет продолжаться, даже если сжигание топлив сейчас полностью прекратится. Область параметров соответствующих этому варианту относительно невелика. Однако анализ фазовой плоскости и численное моделирование показывают, что для остальных значений параметров возможно переключение биосферного триггера в неблагоприятную для нас сторону, если по какой-то причине количество биомассы резко уменьшится (~ на 5%).

Эта модель дополнена минимальной моделью климата, учитывающей известные обратные связи и влияние океана. Показано, что явный учет климатических обратных связей и тепловой инерции земной поверхности не изменил полученного ранее основного результата минимальной модели системы «биосфера-климат» о возможности возникновения в ней необратимых катастрофических режимов.



Рис. Возможные сценарии динамики углерода в биомассе при варьировании вклада аэрозолей в радиационное воздействие и разных значениях предельной емкости среды (параметр G, который показывает во сколько раз предельная величина биомассы больше ее текущих оценок). Отдельные «пучки» траекторий соответствуют разным значениям радиационного воздействия (чем больше воздействие, тем ближе траектория к началу отсчета). Значениям параметра G = 1.2; 1.6; 2.0 соответствуют синий, зеленый и красный цвета траекторий. Рисунок (А) демонстрирует динамику при средних значениях параметров обратных связей, а рисунок (Б) - при значениях параметров на неблагоприятных краях доверительных интервалов.