Модельные оценки региональных и глобальных естественных эмиссий метана в атмосферу при изменениях климата

• Автор: Денисов, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 25.00.29
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 Моделирование глобальной естественной эмиссии метана в атмосферу болотными экосистемами
1.1 Оценки эмиссии метана болотными экосистемами в XX веке
1.1.1 Эмиссия метана болотными экосистемами во второй половине XX века по расчетам с использованием данных реанализа
1.1.2 Изменения эмиссий метана болотными экосистемами в
XX веке по расчетам с использованием данных CRU
1.2 Изменения естественной эмиссии метана в XXI веке и ее
влияние на климат
Обсуждение результатов главы
Глава 2 Региональные расчеты эмиссии метана в атмосферу болотными экосистемами в XXI веке
2.1 Изменения эмиссии метана влажными экосистемами европейской и сибирской территорий России в XXI веке по расчетам с использованием данных региональной модели ГГО
2.2 Изменения эмиссии метана болотными экосистемами Западной Сибири в XXI веке по расчетам с данными ансамбля
климатических моделей
Обсуждение результатов главы
Глава 3 Расчет возможных эмиссий метана, связанных с разложением метангидратов

3.1 Оценка эмиссии метана, связанной с разложением субаквальных метангидратов при увеличении придонной температуры воды
3.2 Оценка стабильности метангидратов в системе озера
Байкал
Обсуждение результатов главы
Заключение
Литература

Введение
В последние годы в глобальные трехмерные климатические модели, использующиеся для оценок естественных и антропогенных изменений, включаются интерактивные блоки углеродного цикла [7, 21, 22, 37, 45, 70, 76]. При этом выявлена положительная обратная связь между климатом и углеродным циклом. По сравнению со случаем без учета влияния климатических изменений на потоки между атмосферой и подстилающей поверхностью такой учет приводит к дополнительному росту углекислого газа в атмосфере. В глобальных климатических моделях в блоке углеродного цикла наряду с обменом углекислого газа необходимо учитывать также метановый обмен.
Метан является одним из наиболее значимых по величине радиационного влияния на климатическую систему Земли парниковых газов. Его концентрация в атмосфере увеличилась с 380 ppb во время последнего ледникового максимума [98] до 715 ppb в 1750 году [75]. К настоящему времени она возросла более чем в 2.5 раза до 1824 ppb в 2013 году [73] и продолжает расти со скоростью около 5 ppb/год [70]. Концентрация метана в атмосфере изменялась в пределах от 320 до 780 ppb в течение последних 800 тыс. лет [32, 90]. Данные, полученные из ледяных кернов Гренландии, показывают, что резкие изменения концентрации метана сопутствовали резким потеплениям последнего ледникового периода [62] с откликом, достигающим 16 ppb на 1 °С потепления в Гренландии [83], и ростом до 200 ppb за столетие [120].

где ЕСн4,апі и ЕСН4,паі - антропогенные и естественные эмиссии метана соответственно, Рсн4 = 2.75 МтСН^млрд'1, Тсн4,5 = 150 лет -характерное время разложения метана в почве, а Тсн4,а- в атмосфере.
Естественные эмиссии метана ЕСн4,лаі представляются в виде суммы эмиссий из почвы в атмосферу и других эмиссий естественного происхождения. Эмиссии из влажных наземных экосистем рассчитываются в модели интерактивно. По сравнению с ними, природные эмиссии метана в атмосферу из других источников (в том числе термитников, метангидратов, океана и диких животных) малы и в их значениях существует большая неопределенность [82]. В проведенных расчетах для них использовалось значение 65 МТСН4/ГОД (что согласуется с величиной 45±40 МТСН4/ГОД, приведенной в [88]).
Более 90% метана, содержащегося в тропосфере, удаляется в результате химических реакций (главным образом окислением радикалом ОН). Скорость химической реакции окисления метана зависит от температуры среды. Чтобы учесть этот эффект, для характерного времени разложения метана в атмосфере тСн4,а . оказывающего существенное влияние на результаты расчетов использовалось три варианта. В варианте 1 Тсн4,а было постоянным равным 10.5 годам [115]. В варианте 2 время жизни в атмосфере зависело от температуры Т (среднегодовой глобальной приповерхностной температуры атмосферы) экспоненциально (тСн4.а -ехр(-Еа/кТ)) в соответствии с законом Аррениуса (Еа - энергия активации, к - постоянная Больцмана). В варианте 3 величина Тсн4,а в соответствии с законом Вапт-Гоффа определялась степенной зависимостью с основанием (310 = 3. Закон Аррениуса и эмпирическое правило Вант-Гоффа часто используются для оценки влияния