Температура как абиотический фактор динамики популяции человека

• Автор: Дубровина, Елизавета Сергеевна
• Шифр специальности: 03.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Оглавление
Введение
Г лава 1. Популяция человека и парниковый эффект: феноменология, моделирование и прогнозирование (обзор литературы)
1.1. Температура атмосферы как абиотический фактор, оказывающий воздействие на популяцию человека
1.2. Парниковый эффект как экологический феномен
1.3. Проблема моделирования и прогнозирования динамики популяции человека и парникового эффекта
Глава 2. Материалы и методы исследований
2.1. Источники получения данных
2.2. Статистические и нейросетевые прогностические модели
2.3. Математическое моделирование как метод анализа и прогноза экологических процессов
2.4. Применение методов нелинейной динамики для анализа хода суточных температур
2.5. Использование методов изучения периодических и хаотических временных рядов
Глава 3. Особенности динамики температуры атмосферы г. Н.Новгорода
3.1. Анализ среднегодовой динамики температуры г. Н.Новгорода
3.2. Модель Лоренца и особенности внутригодовой динамики температуры при воздействии парникового эффекта
3.3. Определение детерминированной составляющей в ходе среднесуточных температур
Глава 4. Региональные особенности динамики среднесуточной температуры
атмосферы
Глава 5. Прогнозирование температуры г. Н.Новгорода на основе
статистических и нейросетевых моделей
Глава 6. Глобальная модель развития парникового эффекта
6.1. Формулировка модели
6.2. Определение параметров уравнений
6.3. Прогноз основных сценариев развития парникового эффекта
6.4. Влияние температуры на динамику концентрации
углекислого газа

Глава 7. Устойчивость модели и возможные катастрофические сценарии развития парникового эффекта
7.1. Роль дополнительной смертности от перегрева атмосферы
7.2. Влияние уровня жизни на устойчивость популяции человека
7.3. Анализ особенностей восприимчивости популяции человека
к перегреву атмосферы с учетом уровня жизни
Заключение
Выводы
Список литературы
Приложение 1 .Данные, использованные в работе при идентификации модели
Приложение 2Программа моделирования различных сценариев развития
парникового эффекта
Приложение 3_Программа Фурье анализа
Введение
Актуальность проблемы
Численность популяции человека, так же как и численность популяций других живых организмов, с одной стороны поддерживается ее внутренними механизмами регуляции, а с другой стороны, подвержена воздействию внешних факторов. Одним из наиболее важных абиотических факторов, оказывающих влияние на здоровье людей и численность популяции человека, является температура приземного слоя атмосферы.
Большое значение для популяций живых организмов и природных экосистем имеет распределение и динамика суточных температур в течение года. Так длительные периоды жаркой погоды провоцируют развитие пожаров, а также негативно сказываются на здоровье людей, страдающих сердечнососудистыми и некоторыми иными заболеваниями.
Результаты наблюдений за глобальным климатом говорят о его многочисленных долговременных изменениях. Увеличение мировой приземной температуры, составляющее 0.76 °С за последние 100 лет, сопровождается изменением количества осадков, солености океана, ветровых режимов и других метеорологических характеристик (Climate change, 2007).
Согласно наиболее поддерживаемой в настоящее время гипотезе, причиной современного изменения климата является усиление парникового эффекта в результате антропогенного воздействия. Основная роль при этом отводится углекислому газу, выделение которого в окружающее пространство происходит во все нарастающих темпах благодаря производственной деятельности человека. Сопровождающие парниковый эффект неустойчивость климата и рост частоты экстремальных погодных явлений могут вызвать в отдаленной перспективе (при значительном увеличении среднегодовой температуры) повышение заболеваемости и увеличение смертности населения. В этих условиях актуальным является изучение возможных путей развития и

где С - общее количество углерода в глобальном круговороте (Гт); fuel(t) -эмпирическая функция, задающая интенсивность антропогенной эмиссии углерода в биосферу (Гт/год); х - количество углерода в составе биомассы растений (Гт); у - количество углерода в составе органических остатков (Гт); Р — скорость роста биомассы растений (Гт/год); D - скорость отмирания биомассы растений (Гт/год); S - скорость разложения неживой органики почв (Гт/год); А - количество углерода в атмосфере (Гт).
В отличие от предыдущей модели, здесь на основе нелинейной зависимости роста биомассы растений от концентрации С02 показывается возможность необратимых катастрофических изменений в результате взаимодействия биологических процессов с парниковым эффектом.
Модель демонстрирует равномерный характер изменения климатических параметров до некоторого момента времени, после чего происходят необратимые изменения климата и разрушение биосферы. Концентрация С02 резко возрастает, достигая предельного уровня (около 1800 ppm). Момент наступления необратимых изменений зависит от параметра, отражающего чувствительность температуры к удвоению концентрации С02 в атмосфере.
В работе (Семенов, 2004) также предлагается динамическая модель минимальной сложности, описывающая антропогенное возмущение цикла С02 в глобальном осреднении. В ней рассматриваются процессы обмена С02 между атмосферой и сушей, а также атмосферой и океаном с учетом эффекта стимулирования стока С02 из атмосферы в наземные и океанические резервуары при увеличении его содержания в атмосфере.
Антропогенное возмущение углерода в атмосфере включает сжигание ископаемого топлива и производство цемента, а также поток углекислого газа из наземных резервуаров, связанный с изменением землепользования. Динамика антропогенного возмущения содержания углерода в наземных системах (Ql) на отрезке времени [т, т + 1 ] описывается уравнением:
(1Л2)
dt ТЛ1 Tla