Чувствительность эмиссии метана болотными экосистемами
реклама
«Îïòèêà àòìîñôåðû è îêåàíà», 24, ¹ 4 (2011) ÀÒÌÎÑÔÅÐÍÀß ÐÀÄÈÀÖÈß, ÎÏÒÈ×ÅÑÊÀß ÏÎÃÎÄÀ È ÊËÈÌÀÒ ÓÄÊ 551.510 ×óâñòâèòåëüíîñòü ýìèññèè ìåòàíà áîëîòíûìè ýêîñèñòåìàìè Çàïàäíîé Ñèáèðè ê èçìåíåíèÿì êëèìàòà: ìóëüòèìîäåëüíûå îöåíêè Ñ.Í. Äåíèñîâ, Ì.Ì. Àðæàíîâ, À.Â. Åëèñååâ, È.È. Ìîõîâ* Èíñòèòóò ôèçèêè àòìîñôåðû èì. À.Ì. Îáóõîâà ÐÀÍ 119017, ã. Ìîñêâà, Ïûæåâñêèé ïåð., 3 Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 3.12.2010 ã. Ñõåìà ýìèññèé ìåòàíîâîãî öèêëà, ó÷èòûâàþùàÿ îòêëèê ýìèññèé ìåòàíà áîëîòíûìè ýêîñèñòåìàìè íà âàðèàöèè êëèìàòà, îáúåäèíåíà ñ äèíàìè÷åñêîé ìîäåëüþ ïðîöåññîâ òåïëî- è âëàãîïåðåíîñà â ïî÷âå. Ñ ïîìîùüþ ïîëó÷åííîé ìîäåëè ïðîâåäåíû ðàñ÷åòû èçìåíåíèé ýìèññèè ìåòàíà è îñíîâíûõ õàðàêòåðèñòèê òåðìè÷åñêîãî è ãèäðîëîãè÷åñêîãî ðåæèìîâ ìíîãîëåòíåìåðçëûõ ãðóíòîâ â XXI â. äëÿ ðåãèîíà Çàïàäíîé Ñèáèðè (55–65° ñ.ø., 65–85° â.ä.) ïðè çàäàííîì ïî àíñàìáëþ êëèìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé âíåøíåì àòìîñôåðíîì âîçäåéñòâèè. Äëÿ ñöåíàðèÿ SRES A1B ê êîíöó XXI â. ýìèññèè ìåòàíà â ñðåäíåì ïî îöåíêàì âîçðàñòàþò áîëåå ÷åì âäâîå – ñ 9 ÌòÑÍ4/ãîä äî 21 ÌòÑÍ4/ãîä. Ïðîàíàëèçèðîâàíî âëèÿíèå îñíîâíûõ ïàðàìåòðîâ àòìîñôåðíîãî âîçäåéñòâèÿ íà ýìèññèè ìåòàíà â ðàñ÷åòàõ ñ àíñàìáëåì êëèìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé. Îòìå÷åíà îñîáàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ýìèññèé ê èçìåíåíèþ ïðèïîâåðõíîñòíîé òåìïåðàòóðû àòìîñôåðû. Êëþ÷åâûå ñëîâà: ìåòàí, áîëîòíûå ýêîñèñòåìû, ìíîãîëåòíåìåðçëûå ãðóíòû, èçìåíåíèå êëèìàòà, òåïëîâëàãîïåðåíîñ, ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè; methane, wetlands, permafrost, climate change, heat-moisture transfer, numerical models. Ââåäåíèå Ìåòàí ÿâëÿåòñÿ òðåòüèì ïî âåëè÷èíå ñóììàðíîãî ðàäèàöèîííîãî âëèÿíèÿ íà çåìíóþ êëèìàòè÷åñêóþ ñèñòåìó ãàçîì ïîñëå âîäÿíîãî ïàðà è óãëåêèñëîãî ãàçà. Ïàðíèêîâûé ðàäèàöèîííûé ôîðñèíã ìåòàíà ñðàâíèì ïî ïîðÿäêó ñ ðàäèàöèîííûì ôîðñèíãîì óãëåêèñëîãî ãàçà ïðè ðîñòå êîíöåíòðàöèè ìåòàíà â àòìîñôåðå îò äîèíäóñòðèàëüíîãî (630– 720 ìëðä–1) äî ñîâðåìåííîãî (∼ 1800 ìëðä–1) çíà÷åíèÿ [1]. Ñ ó÷åòîì õàðàêòåðíîãî âðåìåíè æèçíè ìîëåêóë ïàðíèêîâûõ ãàçîâ â àòìîñôåðå òàê íàçûâàåìûé ïîòåíöèàë ãëîáàëüíîãî ïîòåïëåíèÿ äëÿ ìåòàíà íà âðåìåííîì èíòåðâàëå â 20 ëåò áîëåå ÷åì â 60 ðàç ïðåâûøàåò ñîîòâåòñòâóþùèé ïîòåíöèàë óãëåêèñëîãî ãàçà [2]. Âåëè÷èíà ïîòîêà ìîæåò ñîñòàâëÿòü 250 ìã ⋅ ì–2 ⋅ ñóò–1 è çàâèñèò îò ìíîãèõ ôàêòîðîâ: òåìïåðàòóðû è âëàæíîñòè ïî÷âû, òèïà ðàñòèòåëüíîñòè è äð. [3, 4].  íàñòîÿùåå âðåìÿ â ìèðîâûõ íàó÷íûõ öåíòðàõ ðàçâèâàþòñÿ êëèìàòè÷åñêèå ìîäåëè, âêëþ÷àþùèå èíòåðàêòèâíûé ìåòàíîâûé öèêë íàðÿäó ñ óãëåðîäíûì. Ïî ìîäåëüíûì ðàñ÷åòàì ê êîíöó XXI â. êîíöåíòðàöèÿ ìåòàíà â àòìîñôåðå ìîæåò óâåëè÷èòüñÿ â 1,5–2 ðàçà â çàâèñèìîñòè îò âûáðàííîãî ñöåíàðèÿ àíòðîïîãåííîãî âîçäåéñòâèÿ [1, 5]. Äàííûå èíñòðóìåíòàëüíûõ íàáëþäåíèé è ÷èñëåííûå ýêñïåðèìåíòû ñ ðàçëè÷íûìè ìîäåëÿìè ïîêàçûâàþò * Ñåðãåé Íèêîëàåâè÷ Äåíèñîâ (denisov@ifaran.ru); Ìàêñèì Ìèõàéëîâè÷ Àðæàíîâ (arzhanov@ifaran.ru); Àëåêñåé Âèêòîðîâè÷ Åëèñååâ (eliseev@ifaran.ru); Èãîðü Èâàíîâè÷ Ìîõîâ (mokhov@ifaran.ru). çíà÷èòåëüíûé ðàçáðîñ îöåíîê ýìèññèé ìåòàíà áîëîòíûìè ýêîñèñòåìàìè ñóáïîëÿðíûõ øèðîò îò 10 äî 51 ÌòÑÍ4/ãîä [6–8] è íå ïîçâîëÿþò äîñòîâåðíî îöåíèòü âêëàä áîëîòíûõ ýêîñèñòåì â ãëîáàëüíûé óãëåðîäíûé öèêë. Çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü ýìèññèé ìåòàíà ñâÿçàíà ñ áîãàòûìè òîðôîì áîëîòàìè, íàõîäÿùèìèñÿ â îòíîñèòåëüíî óçêîé ïîëîñå îò 50 äî 70° ñ.ø. [9]. Îí îñîáåííî âàæåí äëÿ Ðîññèè, òàê êàê áîëîòà çàíèìàþò çíà÷èòåëüíóþ ïëîùàäü, èç-çà ÷åãî áîëüøàÿ ÷àñòü åñòåñòâåííûõ èñòî÷íèêîâ ìåòàíà â âûñîêèõ øèðîòàõ ñîñðåäîòî÷åíà íà åå òåððèòîðèè. Äëÿ áîëîò Çàïàäíîé Ñèáèðè çàïàñ óãëåðîäà îöåíèâàåòñÿ âåëè÷èíîé 70 ÃòÑ [10], à ñóììàðíûå ýìèññèè ìåòàíà ïî ðàçëè÷íûì îöåíêàì ñîñòàâëÿþò îò 1 äî 20 ÌòÑÍ4/ãîä [11–13].  íàñòîÿùåé ñòàòüå äàíà îöåíêà ýìèññèè ìåòàíà â XXI â. äëÿ áîëîò Çàïàäíîé Ñèáèðè ïðè çàäàíèè âíåøíåãî àòìîñôåðíîãî âîçäåéñòâèÿ íà îñíîâå ðàñ÷åòîâ ñ àíñàìáëåì êëèìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé. Îïèñàíèå ñîâìåñòíîé ìîäåëè è ïðîâåäåííûõ ÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòîâ Ñõåìà ýìèññèé ìåòàíîâîãî öèêëà, ó÷èòûâàþùàÿ îòêëèê ýìèññèé ìåòàíà íà âàðèàöèè êëèìàòà, îáúåäèíåíà ñ äèíàìè÷åñêîé ìîäåëüþ ïðîöåññîâ òåïëîè âëàãîïåðåíîñà â ïî÷âå. Èñïîëüçîâàëàñü ñõåìà ýìèññèé ìåòàíà áîëîòíûìè ýêîñèñòåìàìè, àíàëîãè÷íàÿ ïðèìåíåííîé â [2, 5, 14]. Äëÿ ïðîñòîòû âñå áîëîòíûå ýêîñèñòåìû ñ÷èòàëèñü íàñûùåííûìè âëàãîé. ×óâñòâèòåëüíîñòü ýìèññèè ìåòàíà áîëîòíûìè ýêîñèñòåìàìè Çàïàäíîé Ñèáèðè ê èçìåíåíèÿì êëèìàòà… 8*. 319 Ýòî ïðåäïîëîæåíèå íåñêîëüêî çàâûøàåò çíà÷åíèå ïîòîêîâ ìåòàíà, îäíàêî ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî õàðàêòåðíàÿ ïëîùàäü îòäåëüíûõ áîëîòíûõ ýêîñèñòåì íå áîëåå 5 êì2 [15] è ïðèìåíåíèå ñðåäíåãî äëÿ ìîäåëüíîé ÿ÷åéêè ïîêàçàòåëÿ âëàæíîñòè ïî÷âû ïðèâåäåò ê çíà÷èòåëüíîìó çàíèæåíèþ ïîòîêîâ. Êðîìå òîãî, èñïîëüçóåìàÿ ïî÷âåííàÿ ñõåìà íå âîñïðîèçâîäèò óðîâåíü ãðóíòîâûõ âîä, ÷òî òàêæå ñïîñîáñòâóåò ïðèìåíåíèþ äàííîãî ïðåäïîëîæåíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, îáùàÿ èíòåíñèâíîñòü ïðîèçâîäñòâà ìåòàíà â åäèíèöå îáúåìà òàëîãî ñëîÿ ïî÷âû íà êàæäîì âðåìåííîì øàãå ðàññ÷èòûâàåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû ïî÷âû: N FCH4 = ∑ Θ(Ti )PiΔziq(Ti ), ïåðàòóðû è âëàæíîñòè/ëüäèñòîñòè ïî÷âû. Âõîäíûå äàííûå àòìîñôåðíîãî âîçäåéñòâèÿ çàäàâàëèñü ïîëÿìè ïðèïîâåðõíîñòíîé òåìïåðàòóðû âîçäóõà, îñàäêîâ, êîðîòêîâîëíîâîé ñîëíå÷íîé ðàäèàöèè, âëàæíîñòè âîçäóõà è îáëà÷íîñòè. Ñ ñîâìåñòíîé ìîäåëüþ áûëè ïðîâåäåíû ÷èñëåííûå ýêñïåðèìåíòû äëÿ XXI â. ïðè çàäàíèè àòìîñôåðíîãî âîçäåéñòâèÿ (ñöåíàðèé SRES A1B) ïî àíñàìáëþ êëèìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé: ECHAM5/MPI-OM, CCCMA-CGCM3, NCAR-CCSM3, INMCM3, ÊÌ ÈÔÀ ÐÀÍ. Ðàñ÷åò ýìèññèé ìåòàíà Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ýìèññèé ìåòàíà áîëîòíûìè ýêîñèñòåìàìè ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 1. i =1 ãäå Ti – òåìïåðàòóðà i-ãî ñëîÿ òîëùèíîé Δzi, °C; Θ – ôóíêöèÿ Õåâèñàéäà (1 ïðè Ti > 0 °C è 0 ïðè Ti ≤ 0 °C); N – ïîëíîå ÷èñëî ñëîåâ ïî÷âû; Pi – (T − T ) T ïðîäóêòèâíîñòü ìåòàíà i-ãî ñëîÿ; q(Ti ) = Q i * 0 ; T* è T0 – ýìïèðè÷åñêèå êîýôôèöèåíòû; Q = 2. Ñîãëàñíî [6] T* = 2 °C, T0 = 10 °C.  ðàññìàòðèâàåìîé ìîäåëè ïðîäóêòèâíîñòü Pi ëèíåéíî çàâèñèò îò èíòåãðàëà ïîëîæèòåëüíûõ çíà÷åíèé òåìïåðàòóðû (ãðàäóñî-äíåé) TΣ: Pi = α + β T∑,i. Ïî ñðàâíåíèþ ñ âåðñèåé ìåòàíîâîãî áëîêà, âêëþ÷åííîãî â ÊÌ ÈÔÀ ÐÀÍ [5], äëÿ êîýôôèöèåíòîâ áûëè ïðèíÿòû çíà÷åíèÿ α = 42,5 ìãÑÍ4 ⋅ ì–3 ⋅ ñóò–1 è β = 3,75 ìãÑÍ4 ⋅ ì–3 ⋅ ñóò–2 ⋅ °C–1 (ñîãëàñíî [2]). Ðàñ÷åò ýìèññèè ìåòàíà ïðîâîäèëñÿ òîëüêî äëÿ áîëîò, äîëÿ êîòîðûõ â ìîäåëüíîé ÿ÷åéêå çàäàâàëàñü ïî äàííûì http://cdiac.ornl.gov/epubs/ndp/ndp017/ ndp017.html, ïðè ýòîì çàâèñèìîñòü ïîòîêîâ ìåòàíà îò êîëè÷åñòâà ñóáñòðàòà íå ó÷èòûâàëàñü. Äëÿ ìåðçëûõ ñëîåâ ïî÷âû ýìèññèè ìåòàíà îòñóòñòâóþò.  ðàñ÷åò ýìèññèè âêëþ÷åíû òîëüêî ñëîè ïî÷âû äî ïðåäåëüíîé ãëóáèíû 1 ì. Ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû è âëàæíîñòè ïî÷âû ïî ãëóáèíå ðàññ÷èòûâàåòñÿ äèíàìè÷åñêîé ìîäåëüþ ïðîöåññîâ òåïëî- è âëàãîïåðåíîñà [16].  ðàññìàòðèâàåìîé çàäà÷å òåïëî- è âëàãîïåðåíîñà âñå ïðîöåññû ïðåäïîëàãàþòñÿ îäíîìåðíûìè, ïîñêîëüêó âåðòèêàëüíûå ãðàäèåíòû çíà÷èòåëüíî ïðåâîñõîäÿò ãîðèçîíòàëüíûå (ñì., íàïðèìåð, [17]). Ïðè îòðèöàòåëüíîé òåìïåðàòóðå ñëîÿ ïî÷âû ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî âñÿ âëàãà â íåì íàõîäèòñÿ â òâåðäîé ôàçå. Íà âåðõíåé ãðàíèöå ïî÷âû/ñíåãà çàäàåòñÿ òåìïåðàòóðà, îïðåäåëÿåìàÿ èç óðàâíåíèÿ òåïëîâîãî áàëàíñà ïîäñòèëàþùåé ïîâåðõíîñòè. Íà íèæíåé ãðàíèöå çàäàåòñÿ ãåîòåðìàëüíûé ïîòîê òåïëà. Ãëóáèíà ðàñ÷åòíîé îáëàñòè ñîñòàâëÿåò 14,5 ì. Ðàñ÷åòû ïðîâîäèëèñü äëÿ ðåãèîíà Çàïàäíîé Ñèáèðè (55–65° ñ.ø., 65–85° â.ä.), âêëþ÷àþùåãî Áîëüøîå Âàñþãàíñêîå áîëîòî. Òèï ïî÷âû çàäàâàëñÿ ñîîòâåòñòâóþùèìè çíà÷åíèÿìè ïëîòíîñòè è êîýôôèöèåíòîâ òåïëîïðîâîäíîñòè è òåïëîåìêîñòè.  êà÷åñòâå íà÷àëüíûõ óñëîâèé èñïîëüçîâàëè ïðîôèëü òåì320 Ðèñ. 1. Ñðåäíèå ïî àíñàìáëþ ìîäåëåé ýìèññèè ìåòàíà, ÌòÑÍ4/ãîä, äëÿ ðåãèîíà Çàïàäíîé Ñèáèðè (55–65° ñ.ø., 65–85° â.ä.) çà ïåðèîä 2001–2100 ãã. (æèðíàÿ ëèíèÿ) è ïÿòèëåòíèå ñêîëüçÿùèå ñðåäíèå ýìèññèé äëÿ êàæäîé èç ìîäåëåé Ïî ìîäåëüíûì îöåíêàì äëÿ âûáðàííîãî ðåãèîíà ê êîíöó XXI â. ýìèññèè ìåòàíà áîëîòíûìè ýêîñèñòåìàìè óâåëè÷èâàþòñÿ â ñðåäíåì ñ 9,1 äî 21,3 ÌòÑÍ4/ãîä. Ñòîèò îòìåòèòü, ÷òî îöåíêè ðàçíûõ àâòîðîâ äëÿ Çàïàäíîé Ñèáèðè îòëè÷àþòñÿ â ðàçû. Ïî äàííûì íàáëþäåíèé äëÿ âòîðîé ïîëîâèíû XX â. [9] ýìèññèè ìåòàíà äëÿ ýòîãî ðåãèîíà ñîñòàâëÿþò îêîëî 1,7 ÌòÑÍ4/ãîä. Ïî îöåíêàì íà îñíîâå äàííûõ íàáëþäåíèé [18] ñóììàðíûå ýìèññèè ìåòàíà ñ áîëîò çîí ñðåäíåé è þæíîé òàéãè Çàïàäíîé Ñèáèðè ñîñòàâëÿþò 3,2 ÌòÑÍ4/ãîä, äëÿ ðàñ÷åòíîãî ðåãèîíà ñîîòâåòñòâóþùèå ýìèññèè ïî ýòèì äàííûì ïîðÿäêà 3 ÌòÑÍ4/ãîä. Ïî ðàñ÷åòàì [19] ñîâðåìåííûå ýìèññèè ìåòàíà áîëîòàìè Çàïàäíîé Ñèáèðè ñîñòàâëÿþò 22,2 ÌòÑÍ4/ãîä. Ïî ðàñ÷åòàì ñ ÊÌ ÈÔÀ ÐÀÍ [5] ýìèññèè ìåòàíà èçìåíÿþòñÿ ïðè ñöåíàðèè SRES A1B äëÿ äàííîãî ðåãèîíà ñ 9,9 ÌòÑÍ4/ãîä â íà÷àëå XXI â. äî 22 ÌòÑÍ4/ãîä ê åãî êîíöó. Ïðè ýòîì â ñâÿçè ñ íåäîñòàòî÷íî âûñîêèì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì ìîäåëè èñòî÷íèêè ìåòàíà èç áîëîò â ýòèõ ðàñ÷åòàõ áûëè ñóùåñòâåííî áîëåå ëîêàëèçîâàíû, ÷åì ïî äàííûì íàáëþäåíèé, ñ çàâûøåíèåì èõ èíòåíñèâíîñòè. Ïî îöåíêàì ñ èñïîëüçîâàíèåì àíàëîãè÷íîé ñõåìû ýìèññèè ìåòàíà è ðåçóëüòàòîâ ðàñ÷åòîâ ïàðàìåòðîâ ïî÷âû ñ ðåãèîíàëüíîé ìîäåëüþ ÃÃÎ ïðè ñöåíàðèè SRES A2 [14] ýìèññèè ìåòàíà äëÿ äàííîãî ðåãèîíà ìåíÿþòñÿ ñ 6,2 ÌòÑÍ4/ãîä â êîíöå XX â. äî 9,8 ÌòÑÍ4/ãîä â êîíöå XXI â. Ðàçáðîñ â çíà÷åíèÿõ ýìèññèè ìåòàíà, ïîëó÷åííûé ïðè ðàñ÷åòå ñ âõîäíûìè ïàðàìåòðàìè ðàçëè÷- Äåíèñîâ Ñ.Í., Àðæàíîâ Ì.Ì., Åëèñååâ À.Â., Ìîõîâ È.È. íûõ ìîäåëåé, äîñòèãàåò 15 ÌòÑÍ4/ãîä è áîëåå â îòäåëüíûå ãîäû XXI â.  ñâÿçè ñ ýòèì öåëåñîîáðàçíî îöåíèòü, êàêèå âõîäíûå ïàðàìåòðû îêàçûâàþò íàèáîëüøåå âëèÿíèå íà çíà÷åíèÿ ýìèññèè ìåòàíà è íà èçìåíåíèå ýìèññèè â XXI â. ýêîñèñòåìàìè óâåëè÷èâàþòñÿ â ñðåäíåì ñ 8,8 äî 20,9 ÌòÑÍ4/ãîä. Àíàëèç ÷óâñòâèòåëüíîñòè ýìèññèé ìåòàíà ê àòìîñôåðíîìó âîçäåéñòâèþ Äëÿ îöåíêè âëèÿíèÿ ðàçëè÷íûõ âõîäíûõ ïàðàìåòðîâ àòìîñôåðíîãî âîçäåéñòâèÿ íà ýìèññèè ìåòàíà áûëè ïðîèçâåäåíû äîïîëíèòåëüíûå ðàñ÷åòû ýìèññèè ìåòàíà â XXI â.  êàæäîì èç ýòèõ ðàñ÷åòîâ çíà÷åíèÿ îäíîãî èç ïàðàìåòðîâ àòìîñôåðíîãî âîçäåéñòâèÿ çàäàâàëèñü íà óðîâíå 2001 ã.  àíàëèçèðóåìîé âåðñèè ìîäåëè ïîòîê ìåòàíà çàâèñèò òîëüêî îò òåìïåðàòóðû ïî÷âû, êîòîðàÿ, â ñâîþ î÷åðåäü, íàèáîëåå ñèëüíî çàâèñèò îò ïðèïîâåðõíîñòíîé òåìïåðàòóðû àòìîñôåðû. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ýìèññèè ìåòàíà ïðè ñîõðàíåíèè ïðèïîâåðõíîñòíîé òåìïåðàòóðû àòìîñôåðû íà óðîâíå 2001 ã. ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 2. Ðèñ. 3. Ñðåäíèå ïî àíñàìáëþ ìîäåëåé ýìèññèè ìåòàíà, ÌòÑÍ4/ãîä, äëÿ ðåãèîíà Çàïàäíîé Ñèáèðè (55–65° ñ.ø., 65–85° â.ä.) çà ïåðèîä 2001–2100 ãã. ïðè ñîõðàíåíèè îñàäêîâ íà óðîâíå 2001 ã. (æèðíàÿ ëèíèÿ) è ïÿòèëåòíèå ñêîëüçÿùèå ñðåäíèå ýìèññèé äëÿ êàæäîé èç ìîäåëåé  ýòîì ñëó÷àå íå òîëüêî ñðåäíèå ýìèññèè, íî è ýìèññèè äëÿ îòäåëüíûõ ìîäåëåé ìàëî îòëè÷àþòñÿ îò ðàññ÷èòàííûõ ñ èçìåíåííûìè îñàäêàìè. Îòëè÷èÿ ñâÿçàíû ñ çàâèñèìîñòüþ òåìïåðàòóðû ïî÷âû îò îñàäêîâ. Ïðè ýòîì íà òåìïåðàòóðó ïî÷âû ñóùåñòâåííîå âëèÿíèå îêàçûâàåò èçìåíåíèå êîýôôèöèåíòà òåïëîïðîâîäíîñòè ïî÷âû â çàâèñèìîñòè îò åå âëàæíîñòè. Êðîìå òîãî, òåìïåðàòóðà ïî÷âû â çèìíèé ñåçîí çàâèñèò îò òîëùèíû ñíåæíîãî ïîêðîâà. Çàêëþ÷åíèå Ðèñ. 2. Ñðåäíèå ïî àíñàìáëþ ìîäåëåé ýìèññèè ìåòàíà, ÌòÑÍ4/ãîä, äëÿ ðåãèîíà Çàïàäíîé Ñèáèðè (55–65° ñ.ø., 65–85° â.ä.) çà ïåðèîä 2001–2100 ãã. ïðè ñîõðàíåíèè ïðèïîâåðõíîñòíîé òåìïåðàòóðû íà óðîâíå 2001 ã. (æèðíàÿ ëèíèÿ) è ïÿòèëåòíèå ñêîëüçÿùèå ñðåäíèå ýìèññèé äëÿ êàæäîé èç ìîäåëåé Äëÿ àíàëèçèðóåìîãî ðåãèîíà ê êîíöó XXI â. ïðîèñõîäèò îòíîñèòåëüíî íåáîëüøîå óâåëè÷åíèå ýìèññèé ìåòàíà áîëîòíûìè ýêîñèñòåìàìè â ñðåäíåì ñ 8,4 äî 10,5 ÌòÑÍ4/ãîä. Ïðè ýòîì äëÿ îòäåëüíûõ ìîäåëåé ðîñò ýìèññèé åùå ìåíüøå. Òàêèì îáðàçîì, ðîñò ýìèññèé ìåòàíà ïðè ðàñ÷åòàõ ñ ñîâìåñòíîé ìîäåëüþ ñâÿçàí â îñíîâíîì ñ ðîñòîì ïðèïîâåðõíîñòíîé òåìïåðàòóðû àòìîñôåðû. Ðàçáðîñ çíà÷åíèé ýìèññèè ìåòàíà ïðè ðàñ÷åòå ñ âõîäíûìè ïàðàìåòðàìè ðàçëè÷íûõ ìîäåëåé, â ñâîþ î÷åðåäü, ñâÿçàí ñ ðàçáðîñîì â çíà÷åíèÿõ ïðèïîâåðõíîñòíîé òåìïåðàòóðû àòìîñôåðû. Îí äëÿ ðàçëè÷íûõ ìîäåëåé ìîæåò ñîñòàâëÿòü äî íåñêîëüêèõ ãðàäóñîâ â îòäåëüíûå ìåñÿöû. Îäíîé èç âîçìîæíûõ ïðè÷èí òàêîé ðàçíèöû â òåìïåðàòóðå ìîæåò ÿâëÿòüñÿ ðàçëè÷èå â ïðîñòðàíñòâåííîì ðàçðåøåíèè ìîäåëåé. Äëÿ ñðàâíåíèÿ íà ðèñ. 3 ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ýìèññèè ìåòàíà ïðè ñîõðàíåíèè îñàäêîâ íà óðîâíå 2001 ã. Äëÿ àíàëèçèðóåìîãî ðåãèîíà ê êîíöó XXI â. ýìèññèè ìåòàíà áîëîòíûìè  äàííîé ðàáîòå ñäåëàíû îöåíêè èçìåíåíèé ýìèññèè ìåòàíà áîëîòíûìè ýêîñèñòåìàìè äëÿ ðåãèîíà Çàïàäíîé Ñèáèðè (55–65° ñ.ø., 65–85° â.ä.) â XXI â. ñ èñïîëüçîâàíèåì ñõåìû ýìèññèé ìåòàíà, ñîâìåùåííîé ñ äèíàìè÷åñêîé ìîäåëüþ òåïëî- è âëàãîïåðåíîñà â ïî÷âå ïðè çàäàíèè àòìîñôåðíîãî âîçäåéñòâèÿ ïî ðàñ÷åòàì ñ àíñàìáëåì êëèìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé.  ñðåäíåì äëÿ àíñàìáëÿ ìîäåëåé ýìèññèè ìåòàíà âîçðàñòàþò íà 12,2 ÌòÑÍ4/ãîä. Ïðè ýòîì îòìå÷åí çíà÷èòåëüíûé ðàçáðîñ â çíà÷åíèÿõ ïîòîêîâ äëÿ ðàçíûõ ìîäåëåé. Ïðîàíàëèçèðîâàíî âëèÿíèå îñíîâíûõ ïàðàìåòðîâ àòìîñôåðíîãî âîçäåéñòâèÿ íà ýìèññèè ìåòàíà â ðàñ÷åòàõ ñ àíñàìáëåì êëèìàòè÷åñêèõ ìîäåëåé.  öåëîì ýìèññèè ìåòàíà ïðè ðàñ÷åòå ñ èñïîëüçîâàíèåì ñîâìåñòíîé ñõåìû íàèáîëåå çàâèñèìû îò çíà÷åíèé ïðèïîâåðõíîñòíîé òåìïåðàòóðû àòìîñôåðû. Ñ ðàçíèöåé â ïðèïîâåðõíîñòíîé òåìïåðàòóðå â àíàëèçèðóåìîì ðåãèîíå ïî ðàñ÷åòàì ñ ðàçëè÷íûìè ìîäåëÿìè â íàèáîëüøåé ñòåïåíè ñâÿçàíà ðàçíèöà â çíà÷åíèÿõ ýìèññèé. Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü Â.Ñ. Êàçàíöåâó çà ïîëåçíûå îáñóæäåíèÿ. Ðàáîòà âûïîëíÿëàñü ïðè ïîääåðæêå Ðîññèéñêîãî ôîíäà ôóíäàìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé, ïðîåêòîâ Ìèíèñòåðñòâà îáðàçîâàíèÿ è íàóêè ÐÔ, ïðîãðàìì Ïðåçèäèóìà ÐÀÍ è Îòäåëåíèÿ íàóê î çåìëå ÐÀÍ è ãðàíòà Ïðåçèäåíòà ÐÔ ÍØ–3301.2010.5. 1. Climate Change 2007: The Physical Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate ×óâñòâèòåëüíîñòü ýìèññèè ìåòàíà áîëîòíûìè ýêîñèñòåìàìè Çàïàäíîé Ñèáèðè ê èçìåíåíèÿì êëèìàòà… 321 Change / S. Solomon, D. Qin, M. Manning et al. (eds.). Cambridge; New York: Cambridge University Press, 2007. P. 433–497. 2. Ìîõîâ È.È., Åëèñååâ À.Â., Äåíèñîâ Ñ.Í. Ìîäåëüíàÿ äèàãíîñòèêà ýìèññèè ìåòàíà áîëîòíûìè ýêîñèñòåìàìè âî âòîðîé ïîëîâèíå XX âåêà ñ èñïîëüçîâàíèåì äàííûõ ðåàíàëèçà // Äîêë. ÐÀÍ. 2007. Ò. 417, ¹ 2. Ñ. 258–262. 3. Wagner D., Kobabe S., Pfeiffer E.-M., Hubberten H.-W. Microbial controls on methane fluxes from a polygonal tundra of the Lena Delta, Siberia // Permafrost and Periglacial Processes. 2003. V. 14, iss. 2. P. 173–185. 4. Whalen S., Reeburgh W. Composition of atmospheric methane by tundra soils // Nature (Gr. Brit.). 1990. V. 346, N 6280. P. 160–162. 5. Åëèñååâ À.Â., Ìîõîâ È.È., Àðæàíîâ Ì.Ì., Äåì÷åíêî Ï.Ô., Äåíèñîâ Ñ.Í. Ó÷åò âçàèìîäåéñòâèÿ ìåòàíîâîãî öèêëà è ïðîöåññîâ â áîëîòíûõ ýêîñèñòåìàõ â êëèìàòè÷åñêîé ìîäåëè ïðîìåæóòî÷íîé ñëîæíîñòè // Èçâ. ÐÀÍ. Ôèç. àòìîñô. è îêåàíà. 2008. Ò. 44, ¹ 2. Ñ. 147–162. 6. Christensen T.R., Cox P. Response of methane emission from arctic tundra to climatic change: results from a model simulation // Tellus B. 1995. V. 47, N 3. P. 301–309. 7. Christensen T.R., Prentice I.C., Kaplan J., Íaxeltine A., Sitch S. Methane flux from northern wetlands and tundra // Tellus B. 1996. V. 48, N 5. P. 409–416. 8. Zhuang Q., Melillo J.M., Kicklighter D.W., Prinn R.G., McGuire D.A., Steudler P.A., Felzer B.S., Hu S. Methane fluxes between terrestrial ecosystems and the atmosphere at northern high latitudes during the past century: A retrospective analysis with a process-based biodeochemistry model // Glob. Biogeochem. Cycles. 2004. V. 18, N 3. P. GB3010. 9. Matthews E., Fung I. Methane emission from natural wetlands: Global distribution, area and environmental characteristics of sources // Glob. Biogeochem. Cycles. 1987. V. 1, N 1. P. 61–86. 10. Smith L.C., MacDonald G.M., Velichko A.A., Beilman D.W., Borisova O.K., Frey K.E., Kremenetski K.V., Sheng Y. Siberian peatlands a net carbon sink and global methane source since the early Holocene // Science. 2004. V. 303, N 5656. P. 353–356. 11. Andronova N.G., Karol I.L. The contribution of USSR sources to global methane emission // Chemosphere. 1993. V. 26, iss. 1–4. P. 111–126. 12. Ïàíèêîâ Í.Ñ., Òèòëÿíîâà À.À., Ïàëåâà Ì.Â., Ñåìåíîâ À.Ì., Ìèðîíû÷åâà-Òîêàðåâà Í.Ï., Ìàêàðîâ Â.È., Äóáèíèí Å.Â., Åôðåìîâ Ñ.Ï. Ýìèññèÿ ìåòàíà èç áîëîò þãà Çàïàäíîé Ñèáèðè // Äîêë. ÐÀÍ. 1993. T. 330, ¹ 3. Ñ. 388–390. 13. Áàæèí Í.Ì. Ìåòàí â àòìîñôåðå // Ñîðîñîâñêèé Îáðàçîâàòåëüíûé Æóðíàë. 2000. Ò. 6, ¹ 3. Ñ. 52–57. 14. Äåíèñîâ Ñ.Í., Åëèñååâ À.Â., Ìîõîâ È.È. Îöåíêà èçìåíåíèé ýìèññèè ìåòàíà áîëîòíûìè ýêîñèñòåìàìè Ñåâåðíîé Åâðàçèè â XXI âåêå ñ èñïîëüçîâàíèåì ðåçóëüòàòîâ ðàñ÷åòîâ ñ ðåãèîíàëüíîé ìîäåëüþ êëèìàòà // Ìåòåîðîë. è ãèäðîë. 2010. ¹ 2. Ñ. 55–62. 15. Ëèññ Î.Ë., Àáðàìîâà Ë.È., Àâåòîâ Í.À., Áåðåçèíà Í.À., Èíèøåâà Ë.È., Êóðíèøêîâà Ò.Â., Ñëóêà Ç.À., Òîëïûøåâà Ò.Þ., Øâåä÷èêîâà Í.Ê. Áîëîòíûå ñèñòåìû Çàïàäíîé Ñèáèðè è èõ ïðèðîäîîõðàííîå çíà÷åíèå. Òóëà: ÈÏÏ «Ãðèô Ê», 2001. Ñ. 396–400. 16. Àðæàíîâ Ì.Ì., Åëèñååâ À.Â., Äåì÷åíêî Ï.Ô., Ìîõîâ È.È., Õîí Â.×. Ìîäåëèðîâàíèå òåìïåðàòóðíîãî è ãèäðîëîãè÷åñêîãî ðåæèìà âîäîñáîðîâ ñèáèðñêèõ ðåê â óñëîâèÿõ âå÷íîé ìåðçëîòû ñ èñïîëüçîâàíèåì äàííûõ ðåàíàëèçà // Èçâ. ÐÀÍ. Ôèç. àòìîñô. è îêåàíà. 2008. Ò. 44, ¹ 1. C. 86–93. 17. Âîëîäèí Å.Ì., Ëûêîñîâ Â.Í. Ïàðàìåòðèçàöèÿ ïðîöåññîâ òåïëî- è âëàãîîáìåíà â ñèñòåìå ðàñòèòåëüíîñòü–ïî÷âà äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ îáùåé öèðêóëÿöèè àòìîñôåðû. 1. Îïèñàíèå è ðàñ÷åòû ñ èñïîëüçîâàíèåì ëîêàëüíûõ äàííûõ íàáëþäåíèé // Èçâ. ÐÀÍ. Ôèç. àòìîñô. è îêåàíà. 1998. Ò. 34, ¹ 4. Ñ. 453–465. 18. Ãëàãîëåâ Ì.Â., Øíûðåâ Í.À. Ëåòíå-îñåííÿÿ ýìèññèÿ ÑÍ4 åñòåñòâåííûìè áîëîòàìè Òîìñêîé îáëàñòè è âîçìîæíîñòè åå ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîé ýêñòðàïîëÿöèè // Âåñòí. ÌÃÓ. Ñåð. 17. 2008. ¹ 2. Ñ. 24–36. 19. Anisimov O.A., Reneva S.A. Permafrost and Changing Climate: The Russian Perspective // Ambio. 2006. V. 35, N 4. P. 169–175. S.N. Denisov, M.M. Arzhanov, A.V. Eliseev, I.I. Mokhov. Sensitivity of methane emissions from Western Siberian wetlands to climate changes: multi-model estimations. The emission scheme of methane cycle, which takes into account response of methane flux from wetlands to climate variations, is coupled with the dynamic model of heat and moisture transport processes in soil. Simulations of methane emissions and main characteristics of thermal and hydrologic regimes in soil are performed with the coupled model for the region of Western Siberia (55–65 °N, 65–85 °E) for the 21st century forced by atmospheric parameters from the ensemble of climate models. On average, simulated methane emissions under the SRES A1B scenario grows more than twofold to the end of 21st century – from 9 MtCH4/yr to 21 MtCH4/yr. Sensitivity of simulated methane emissions to input parameters of atmospheric forcing from the ensemble of climate models is analyzed. It is shown that this sensitivity is large with respect to the surface air temperature variations. 322 Äåíèñîâ Ñ.Í., Àðæàíîâ Ì.Ì., Åëèñååâ À.Â., Ìîõîâ È.È.
