Problems of parameterization of the radiation block in physical and mathematical climate models and the possibility of their solution

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The problems associated with the failure to take into account periodic long-term and interannual changes in incoming solar radiation by latitudes and seasons, as well as long-term changes in the intensity of radiative heat transfer in the parameterization of the radiation block of physical and mathematical climate models, are shown. Existing problems with the radiation block parameterization limit the possibilities of modeling climate and forecasting its changes. To solve the problems, a review of Earth's insolation data with different time resolutions available for parameterization is presented.

About the authors

Valerii Mikhailovich Fedorov

Lomonosov Moscow State University

Email: fedorov.msu@mail.ru
Candidate of geographical sciences, no status

References

  1. Монин А. С., Введение в теорию климата, Гидрометеоиздат, Л., 1982
  2. Кондратьев К. Я., Глобальный климат и его изменения, Наука, Л., 1987
  3. Монин А. С., Шишков Ю. А., УФН, 170 (2000), 419
  4. Будыко М. И., Изв. АН СССР. Сер. географическая, 1968, № 5, 36
  5. Кондратьев К. Я., Радиационные факторы современных изменений глобального климата, Гидрометеоиздат, Л., 1980
  6. Milankovitch M., Mathematische Klimalehre und astronomische Theorie der Klimaschwankungen, Handbuch der Klimatologie, v. 1, Allgemeine Klimalehre, Hrsg. W. Koppen, R. Geiger, Borntraeger, Berlin, 1930
  7. Монин А. С., Шишков Ю. А., История климата, Гидрометеоиздат, Л., 1979
  8. Дроздов О. А. и др., Климатология, Гидрометеоиздат, Л., 1989
  9. Хромов С. П., Петросянц М. А., Метеорология и климатология, Изд-во МГУ, М., 2006
  10. Шулейкин В. В., Физика моря, Изд-во АН СССР, М., 1953
  11. Сидоренков Н. С., Атмосферные процессы и вращение Земли, Гидрометеоиздат, СПб., 2002
  12. Смирнов Б. М., Физика глобальной атмосферы. Парниковый эффект, атмосферное электричество, эволюция климата, Интеллект, Долгопрудный, 2017
  13. Федоров В. М., Инсоляция Земли и современные изменения климата, Физматлит, М., 2018
  14. Федоров В. М., Гидрометеорология и экология, 2021, № 64, 435
  15. Дымников В. П., Лыкосов В. Н., Володин Е. М., Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 42 (2006), 618
  16. Дымников В. П., Лыкосов В. Н., Володин Е. И., Вестн. РАН, 82 (2012), 227
  17. Лыкосов В. Н. и др., Суперкомпьютерное моделирование в физике климатической системы, Изд-во Московского ун-та, М., 2012
  18. Дымников В. П., Лыкосов В. Н., Володин Е. М., Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 51 (2015), 260
  19. Lean J., Beer J., Bradley R., Geophys. Res. Lett., 22 (1995), 3195
  20. Lean J. et al., Solar Phys., 230 (2005), 27
  21. CMIP5 recommendations. Recommendations for CMIP5 solar forcing data. SOLARISHEPPA
  22. CMIP6 recommendations. Recommendations for CMIP6 solar forcing data. SOLARISHEPPA
  23. Steinhilber F. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 109 (2012), 5967
  24. Эйгенсон М. С., Солнце, погода и климат, Гидрометеоиздат, Л., 1963
  25. Дергачев В. А., Распопов О. М., Солнечно-земная физика, 2008, № 12–2, 272
  26. Жеребцов Г. А. и др., Космические исследования, 46 (2008), 368
  27. Елисеев А. В., Мохов И. И., Фундаментальная и прикладная климатология, 1 (2015), 119
  28. Connolly R. et al., Res. Astron. Astrophys., 21:6 (2021), 131
  29. Milankovitch M., Theorie Mathematique des Phenomènes Thermiques produits par la Radiation Solaire, Gauthier-Villarset et Cie, Paris, 1920
  30. Brouwer D., Van Woerkom A. J., Astronomical Papers Prepared for the Use of the American Ephemeris and Nautical Almanac, Pt. 2, v. 13, U.S. Govt. Print. Off., Washington, DC, 1950, 81
  31. Шараф Ш. Г., Будникова Н. А., Труды Ин-та теоретической астрономии АН СССР, 1969, № 14, 48
  32. Мельников В. П., Смульский И. И., Астрономическая теория ледниковых периодов: Новые приближения. Решенные и нерешенные проблемы, ГЕО, Новосибирск, 2009
  33. Berger A., Loutre M. F., Quat. Sci. Rev., 10 (1991), 297
  34. Laskar J., Joutel F., Boudin F., Astron. Astrophys., 270 (1993), 522
  35. Федоров В. М., Костин А. А., Процессы в геосредах, 2019, № 2, 254
  36. Fedorov V. M., Kostin A. A., Processes in GeoMedia, Springer Geology, 1, Ed. T. O. Chaplina, Springer, Cham, 2020, 181
  37. Vernekar A. D., Long-Period Global Variations of Incoming Solar Radiation, Meteorological Monographs, 12, no. 34, American Meteorological Society, Boston, MA, 1972
  38. Berger A. L., J. Atmos. Sci., 35 (1978), 2362
  39. Bretagnon P., Astron. Astrophys., 114 (1982), 278
  40. Мохов И. И., Елисеев А. В., Гурьянов В. В., Докл. РАН, 490:1 (2020), 27
  41. Borisenkov Ye. Р., Tsvetkov A. V., Agaponov S. V., Climatic Change, 5 (1983), 237
  42. Berger A., Loutre M.-F., Yin Q., Quat. Sci. Rev., 29 (2010), 1968
  43. Bertrand C., Loutre M. F., Berger A., Geophys. Res. Lett., 29:18 (2002), 40
  44. Loutre M.-F. et al., Climate Dyn., 7 (1992), 181
  45. Cionco R. G., Soon W. W-H, Earth-Sci. Rev., 166 (2017), 206
  46. Standish Е. M., JPL Planetary and Lunar Ephemerides, DE405/LE405. Interoffice memorandum: JPL IOM 312.F-98-048, 1998, August 26, 1998
  47. Solar System Dynamics. Jet Propulsion Laboratory. California Institute of Technology. National Aeronautics and Space Administration
  48. Kopp G., Lean J. L., Geophys. Res. Lett., 38 (2011), L01706
  49. Федоров В. М. и др., Геофизические процессы и биосфера, 20:3 (2021), 5
  50. Федоров В. М., Докл. РАН, 451:1 (2013), 95
  51. Федоров В. М., Костин А. А., Фролов Д. М., Геофизические процессы и биосфера, 19:3 (2020), 119
  52. Солнечная радиация и климат Земли. Солярная теория климата. Solar Radiation and Climate of the Earth. Solar Climate Theory
  53. Галин В. Я., Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 34 (1998), 380
  54. Дианский Н. А., Моделирование циркуляции океана и исследование его реакции на короткопериодные и долгопериодные атмосферные воздействия, Физматлит, М., 2013
  55. Марчук Г. И. и др., Математическое моделирование общей циркуляции атмосферы и океана, Гидрометеоиздат, Л., 1984
  56. Володин Е. М. и др., Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 53:2 (2017), 164
  57. Володин Е. М., Дианский Н. А., Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 42:3 (2006), 291
  58. Simmons A. J., Bengtsson L., “Atmospheric general circulation models: their design and use for climate studies”, The Global Climate, Ed. J. T. Houghton, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1984
  59. Шнееров Б. Е. и др., Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова, 2001, № 550, 3
  60. Фeдоров В. М., УФН, 189 (2019), 33
  61. Федоров В. М., Фролов Д. М., Космические исследования, 57:3 (2019), 177
  62. Фeдоров В. М., Докл. РАН, 456 (2014), 2222
  63. Borisenkov Ye. P., Tsvetkov A. V., Eddy J. A., J. Atmos. Sci., 42 (1985), 933
  64. Макарова Е. А., Харитонов А. В., Казачевская Т. В., Поток солнечного излучения, Наука, М., 1991
  65. Фeдоров В. М., Астрон. вестн., 46 (2012), 184
  66. Гребеников Е. А., Рябов Ю. А., Резонансы и малые знаменатели в небесной механике, Наука, М., 1978
  67. Roy A. E., Orbital Motion, Wiley, New York, 1978
  68. Белецкий В. В., Очерки о движении космических тел, Наука, М., 1972
  69. Федоров В. М., Гравитационные факторы и астрономическая хронология геосферных процессов, Изд-во Моск. ун-та, М., 2000
  70. Иванов В. В., УФН, 172 (2002), 777
  71. Кулямин Д. В., Дымников В. П., Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 46 (2010), 467
  72. Дубошин Г. Н., Небесная механика. Аналитические и качественные методы, Наука, М., 1978, 456
  73. Федоров В. М., Астрон. вестн., 50 (2016), 233
  74. Блехман И. И., Синхронизация динамических систем, Наука, М., 1971
  75. Анищенко В. С. и др., УФН, 169 (1999), 7
  76. Анищенко В. С., Ануфриева М. В., Вадивасова Т. Е., Письма в ЖТФ, 32:20 (2006), 12
  77. Anishchenko V. S. et al., Nonlinear Dynamics of Chaotic and Stochastic Systems: Tutorial and Modern Developments, Springer, Berlin, 2002
  78. Дымников В. П. и др., Сибирский журн. вычислительной математики, 6 (2003), 347
  79. Дымников В. П. и др., Метеорология и гидрология, 2004, № 4, 77
  80. Budyko M. I., Tellus, 21 (1969), 611
  81. Sellers W. D., J. Appl. Meteorol. Climatol., 8 (1969), 392
  82. Untersteiner N., “The cryosphere”, The Global Climate, ed. Ed. J. T. Houghton, Ed. J. T. Houghton, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1984
  83. Wаlsh J. E., Chapman W. L., Ann. Glaciology, 33 (2001), 444
  84. Фeдоров В. М., Гребенников П. Б., Криосфера Земли, 25:2 (2021), 38
  85. Алексеев Г. В., Священников П. Н., Естественная изменчивость характеристик климата Северной полярной области и северного полушария, Гидрометеоиздат, Л., 1991
  86. Шерстюков Б. Г., Региональные и сезонные закономерности изменений современного климата, ВНИИГМИ-МЦД, Обнинск, 2008
  87. Davis B. A. S., Brewer S., Climate Dyn., 32 (2009), 143
  88. Soon W., Legates D. R., J. Atmos. Solar-Terr. Phys., 93 (2013), 45
  89. Федоров В. М., Геофизические процессы и биосфера, 18:3 (2019), 117
  90. Cionco R. G., Soon W. W-H, Quaranta N. E., Adv. Space Res., 66 (2020), 720
  91. Хромов С. П., Метеорология и климатология для географических факультетов, Гидрометиоиздат, Л., 1968, 492
  92. Lorenz E. N., The Nature and Theory of the General Circulation of the Atmosphere, World Meteorological Organization, Geneva, 1967
  93. Palmen E., Newton C. W., Atmospheric Circulation Systems: Their Structure and Physical Interpretation, Academic Press, New York, 1969
  94. Peixoto J. P., Oort A. H., Rev. Mod. Phys., 56 (1984), 365
  95. Trenberth K. E., Caron J. M., J. Climate, 14 (2001), 3433
  96. Woods J. D., “The upper ocean and air-sea interaction in global climate”, The Global Climate, Ed. J. T. Houghton, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1984
  97. Федоров В. М., Геориск, 14:4 (2020), 16
  98. Fedorov V. M., Geomagn. Aeronomy, 62 (2022), 932
  99. Рузмайкин А., УФН, 184 (2014), 297
  100. Lee K. et al., Nature, 396 (1998), 155
  101. Huang B., Liu Z., J. Climate, 14 (2001), 3738
  102. Голубев В. Н., Криосфера Земли, 14:4 (2010), 17
  103. Алтунин И. В., Борисенков Е. П., ДАН СССР, 316 (1991), 574
  104. Бялко А. В., УФН, 182 (2012), 111
  105. The Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC
  106. Монин А. С., Берестов А. А., Вестн. РАН, 75 (2005), 126
  107. Кондратьев К. Я., Демирчян К. С., Вестн. РАН, 71 (2001), 1002
  108. Schlesinger M. E., Ramankutty N., Nature, 367 (1994), 723
  109. Sutton R. T., Hodson D. L. R., Science, 309 (2005), 115
  110. Chylek P., Lesins G., J. Geophys. Res., 113 (2008), D22106
  111. Manabe S., Smagorinsky J., Strickler R. F., Mon. Weather Rev., 93 (1965), 769

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».