Чувствительность частоты молний к изменениям климата в модели Земной системы низкого пространственного разрешения
DOI:
https://doi.org/10.21513/2410-8758-2024-1-56-75Ключевые слова:
Частота молний, модель Земной системы, Climber-2, модель низкого разрешения, изменения климата.Аннотация
Модель Земной системы промежуточной сложности Climber-
2.3 расширена схемой вычисления частоты молний (ЧМ), адаптированной к
низкому временному и пространственному разрешению модели. В кон-
трольном численном эксперименте модель в целом реалистично (в сравне-
нии со спутниковыми данными Lightning Imaging Sensor/Optical Transient
Detector ‒ LIS/OTD) воспроизводит пространственное и сезонное распреде-
ление частоты молний за исключением региона над Тихим океаном, где эта
ЧМ завышается. Среднеглобальная среднегодовая ЧМ в Climber-2.3 изменя-
ется в интервале от 46 до 48 с-1 ‒ также внутри интервала неопределённости
данных LIS/OTD. Потепление климата при удвоении содержания СО2 в
атмосфере приводит к увеличению ЧМ над большинством регионов во все
сезоны, в особенности над субполярной сушей Северного полушария летом
(с коэффициентом относительной чувствительности до 95% °С-1). В свою
очередь, похолодание климата при уменьшении концентрации СО2 в атмос-
фере приводит к наибольшей чувствительности ЧМ над субтропиками
Южного полушария (с соответствующим коэффициентом до 30% °С-1),
тогда как в июне-августе ‒ над субполярной сушей Северного полушария
летом. На глобальном уровне чувствительность ЧМ к единичному измене-
нию приземной температуры равно 7.8% °С-1 при потеплении климата и
4.2% °С-1 при его похолодании. Чувствительность частоты молний к изме-
нению климата в целом согласуется с полученной по другим моделям.
Библиографические ссылки
Бондур, В.Г., Гинзбург, А.С. (2016) Эмиссия углеродсодержащих газов и
аэрозолей от природных пожаров на территории России по данным космиче-
ского мониторинга, Доклады Академии наук, т. 466, № 4, с. 473-477.
Бондур, В.Г., Гордо, К.А., Кладов, В.Л. (2016) Пространственно-времен-
ные распределения площадей природных пожаров и эмиссий углеродсодер-
жащих газов и аэрозолей на территории Северной Евразии по данным
космического мониторинга, Исследование Земли из космоса, № 6, с. 3-20,
doi:10.7868/S0205961416060105.
Елисеев, А.В. (2012) Предотвращение изменений климата за счёт эмис-
сии сульфатов в стратосферу: влияние на глобальный углеродный цикл и
наземную биосферу, Оптика атмосферы и океана, т. 25, № 6, с. 467-474.
Елисеев, А.В., Васильева, А.В. (2020) Природные пожары: данные
наблюдений и моделирование, Фундаментальная и прикладная климатоло-
гия, т. 3, с. 73-119, doi: 10.21513/2410-8758-2020-3-73-119.
Елисеев, А.В., Мохов, И.И., Карпенко, А.А. (2007) Влияние учета пря-
мого радиационного воздействия сульфатных аэрозолей на результаты чис-
ленных экспериментов с климатической моделью промежуточной сложности,
Известия РАН. Физика атмосферы и океана, т. 43, № 5, с. 591-601.
Елисеев, А.В., Плосков, А.Н., Чернокульский, А.В., Мохов, И.И. (2019)
Связь частоты молний со статистическими характеристиками конвективной
активности в атмосфере, Доклады Российской академии наук, т. 485, № 1,
c. 76-82
Мареев, Е.А. (2010) Достижения и перспективы исследований глобаль-
ной электрической цепи, Успехи физических наук, т. 180, № 5, с. 527-534.
Смышляев, С.П., Мареев, Е.А., Галин, В.Я. (2010) Моделирование влия-
ния грозовой активности на газовый состав атмосферы, Известия РАН.
Физика атмосферы и океана, т. 46, № 4, с. 487-504.
Суркова, Г.В. (2002) Химия атмосферы, М., Диалог-МГУ, 210 с.
Тверской, П.Н. (1964) Курс метеорологии (физика атмосферы). Атмос-
ферное электричество, Л., Гидрометеоиздат, 698 с.
Archer, D., Ganopolski, A. (2005) A movable trigger: Fossil fuel CO2 and the
onset of the next glaciation, Geochem. Geophys. Geosyst., vol. 6, no. 5, Q05003,
doi: 10.1029/2004GC000891.
Banerjee, A., Archibald, A.T., Maycock, A.C., Telford, P., Abraham, N.L.,
Yang, X., Braesicke, P., Pyle, J.A. (2014) Lightning NOx, a key chemistry-climate
interaction: impacts of future climate change and consequences for tropospheric
oxidising capacity, Atmos. Chem. Phys., vol. 14, no. 18, pp. 9871-9881, doi:
5194/acp-14-9871-2014.
Brovkin, V., Petoukhov, V., Claussen, M., Bauer, E., Archer, D., Jaeger, C.
(2009) Geoengineering climate by stratospheric sulfur injections: Earth system
vulnerability to technological failure, Clim. Change, vol. 92, no. 3-4, pp. 243-259,
doi: 10.1007/s10584-008-9490-1.
Cecil, D.J., Buechler, D.E., Blakeslee, R.J. (2014) Gridded lightning
climatology from TRMM-LIS and OTD: Dataset description, Atmos. Res.,
vol. 135-136, pp. 404-414, doi 10.1016/j.atmosres.2012.06.028.
Clark, S.K., Ward, D.S., Mahowald, N.M. (2017) Parameterization-based
uncertainty in future lightning flash density, Geophys. Res. Lett., vol. 44, no. 6,
pp. 2893-2901, doi: 10.1002/2017GL073017.
Claussen, M., Mysak, L., Weaver, A., Crucifix, M., Fichefet, T., Loutre, M.-
F., Weber, S.L., Alcamo, J., Alexeev, V.A., Berger, A., Calov, R., Ganopolski, A.,
Goosse, H., Lohmann, G., Lunkeit, F., Mokhov, I.I., Petoukhov, V., Stone, P., Wang,
Z. (2022) Earth system models of intermediate complexity: closing the gap in the
spectrum of climate system models, Clim. Dyn., vol. 18, no. 7, pp. 579-586, doi:
1007/s00382-001-0200-1.
Eliseev A.V., Chernokulsky A.V., Karpenko A.A., Mokhov I.I. (2010) Global
warming mitigation by sulphur loading in the stratosphere: Dependence of required
emissions on allowable residual warming rate, Theor. Appl. Climatol., vol. 101,
no. 1-2, pp. 67-81, doi: 10.1007/s00704-009-0198-6.
Eliseev, A.V., Coumou, D., Chernokulsky, A.V., Petoukhov, V., Petri, S.
(2013) Scheme for calculation of multi-layer cloudiness and precipitation for
climate models of intermediate complexity, Geosci. Model Devel., vol. 6, no. 5,
pp. 1745-1765, doi: 10.5194/gmd-6-1745-2013.
Ganopolski, A., Brovkin, V. (2017) Simulation of climate, ice sheets and CO2
evolution during the last four glacial cycles with an Earth system model of
intermediate complexity, Climate of the Past, vol. 13, no. 12, pp. 1695-1716, doi:
5194/cp-13-1695-2017.
Ganopolski, A., Petoukhov, V., Rahmstorf, S., Brovkin, V., Claussen, M.,
Eliseev, A., Kubatzki, C. (2001) CLIMBER-2: a climate system model of
intermediate complexity. Part II: Model sensitivity, Clim. Dyn., vol. 17, no. 6,
pp. 735-751, doi: 10.1007/s003820000144.
Ganteaume, A., Camia, A., Jappiot, M., San-Miguel-Ayanz, J., Long-
Fournel, M., Lampin, C. (2013) A review of the main driving factors of forest fire
ignition over Europe, Env. Manag., vol. 51, no. 3, pp. 651-662, doi: 10.1007/
s00267-012-9961-z.
IPCC (2021) Climate Change 2021: The Physical Science Basis.
Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the
Intergovernmental Panel on Climate Change, in Masson-Delmotte V., Zhai P.,
Pirani A., Connors S.L., Péan C., Berger S., Caud N., Chen Y., Goldfarb L.,
Gomis M.I., Huang M., Leitzell K., Lonnoy E., Matthews J.B.R., Maycock T.K.,
Waterfield T., Yelekçi O., Yu R., Zhou B. (eds.), Cambridge, New York,
Cambridge University Press, 2391 p.
Krause, A., Kloster, S., Wilkenskjeld, S., Paeth, H. (2014) The sensitivity of
global wildfires to simulated past, present, and future lightning frequency,
J. Geophys. Res.: Biogeosciences, vol. 119, no. 3, pp. 312-322, doi: 10.1002/
JG002502.
Mareev, E.A., Volodin, E.M. (2014) Variation of the global electric circuit
and ionospheric potential in a general circulation model, Geophys. Res. Lett.,
vol. 41, no. 24, pp. 9009-9016, doi: 10.1002/2014GL062352.
Petoukhov, V., Ganopolski, A., Brovkin, V., Claussen, M., Eliseev, A.,
Kubatzki, K., Rahmstorf, S. (2000) CLIMBER-2: A climate system model of
intermediate complexity. Part I: model description and performance for present
climate, Clim. Dyn., vol. 16, no. 1, pp. 1-17, doi: 10.1007/PL00007919.
Price, C.G. (2013) Lightning applications in weather and climate research,
Surv. Geophys., vol. 34, no. 6, pp. 755-767, doi: 10.1007/s10712-012-9218-7.
Price, C., Rind, D. (1992) A simple lightning parameterization for calculating
global lightning distributions, J. Geophys. Res.: Atmospheres, vol. 97, no. D9,
pp. 9919-9933, doi: 10.1029/92JD00719.
Price, C., Rind, D. (1994) Possible implications of global climate change on
global lightning distributions and frequencies, J. Geophys. Res.: Atmospheres,
vol. 99, no. D5, pp. 10823-10831, doi: 10.1029/94JD00019.
Rakov, V.A., Uman, M.A. (2007) Lightning: Physics and Effects, Cambridge,
Cambridge University Press, 687 p.
Robock, A., Oman, L., Stenchikov, G.L. (2008) Regional climate responses to
geoengineering with tropical and Arctic SO2 injections, J. Geophys. Res.:
Atmospheres, vol. 113, no. D16, D16101, doi:10.1029/2008JD010050.
Romps, D.M., Seeley, J.T., Vollaro, D., Molinari, J. (2014) Projected increase
in lightning strikes in the United States due to global warming, Science, vol. 346,
no. 6211, pp. 851-854, doi: 10.1126/science.1259100.
Seinfeld, J.H., Pandis, S.N. (2012) Atmospheric Chemistry and Physics:
From Air Pollution to Climate Change, Hoboken, Wiley, 1232 p.
Stocks, B.J., Mason, J.A., Todd, J.B., Bosch, E.M., Wotton, B.M.,
Amiro, B.D., Flannigan, M.D., Hirsch, K.G., Logan, K.A., Martell, D.L.,
Skinner, W.R. (2002) Large forest fires in Canada, 1959-1997, J. Geophys. Res.:
Atmospheres, vol. 107, no. D1, 8149, doi: 10.1029/2001JD000484.
Tao, W.-K., Chen, J.-P., Li, Z., Wang, C., Zhang, C. (2012) Impact of aerosols
on convective clouds and precipitation, Rev. Geophys., vol. 50, no. 2, RG2001, doi:
1029/2011RG000369.
Tost, H., Jöckel, P., Lelieveld, J. (2007) Lightning and convection
parameterisations – uncertainties in global modelling, Atmos. Chem. Phys., vol. 7,
no. 17, pp. 4553-4568, doi: 10.5194/acp-7-4553-2007.
Trenberth, K.E., Dai, A. (2007) Effects of Mount Pinatubo volcanic eruption
on the hydrological cycle as an analog of geoengineering, Geophys. Res. Lett.,
vol. 34, no. 15, L15702, doi: 10.1029/2007GL030524.
Van der Werf, G.R., Randerson, J.T., Giglio, L., van Leeuwen, T.T., Chen, Y.,
Rogers, B.M., Mu, M., van Marle, M.J.E., Morton, D.C., Collatz, G.J.,
Yokelson, R.J., Kasibhatla, P.S. (2017) Global fire emissions estimates during
-2016, Earth System Science Data, vol. 9, no. 2, pp. 697-720, doi: 10.5194/
essd-9-697-2017.
Vonnegut, B. (1963) Some facts and speculations concerning the origin and
role of thunderstorm electricity, Meteorol. Monogr., vol. 5, pp. 224-241, doi:
1007/978-1-940033-56-3_11.
Warneck, P. (2000) Chemistry of the Natural Atmosphere, San Diego,
Academic Press, 927 p.
Willeit, M., Ganopolski, A., Calov, R., Brovkin, V. (2019) Mid-Pleistocene
transition in glacial cycles explained by declined CO2 and regolith removal,
Science Advances, vol. 5, no. 4, eeav7337, doi: 10.1126/sciadv.aav7337.
Williams, E.R. (1985) Large-scale charge separation in thunderclouds,
J. Geophys. Res: Atmospheres, vol. 90, no. D4, pp. 6013-6025, doi: 10.1029/
JD090iD04p06013.
Williams, E.R. (2005) Lightning and climate: A review, Atmos. Res., vol. 76,
no. 1, pp. 272-287, doi: 10.1016/j.atmosres.2004.11.014.
Ru
En