Физики разработали геометрическую модель летнего таяния арктического льда

NASA IceBridge

Американские физики предложили простую геометрическую модель, которая описывает структуру водоемов, образующихся на покрытой льдом поверхности Серверного Ледовитого океана во время летнего таяния. Предложенная модель позволит повысить точность существующих климатических моделей, которые используются для определения скорости таяния океанского льда в результате климатических изменений, пишут ученые в Physical Review Letters.

Одно из важнейших следствий глобальных климатических изменений на Земле — таяние льда на планете. Эта проблема касается не только постоянных ледовых щитов в Антарктиде или Гренландии, но и, например, льда на поверхности моря, в частности в Северном Ледовитом океане. Интересно, что таяние льда в Арктике происходит немного быстрее, чем это предсказывают компьютерные климатические модели. В качестве одной из причин этого отклонения ученые называют недооценку эффектов, связанных со снижением альбедо — отражательной способности поверхности — во время сезонного таяния льда летом. Однако учесть этот эффект в глобальных климатических моделях сложно из-за того, что приводящие к нему процессы (в первую очередь это образование на непрерывной ледяной поверхности небольших водоемов) происходят на достаточно маленьких масштабах, а работающих математических или физических моделей для описания развития этого процесса до сих пор не существовало.

Для устранения этой проблемы группа американских геофизиков под руководством Предрага Поповича (Predrag Popović) из Чикагского университета разработала простую геометрическую модель, которая описывает общую структуру, размер и форму небольших водоемов, которые образуются во время летнего таяния льда. В качестве данных для построения модели ученые использовали аэрофотографии поверхности океана, сделанные в летние месяцы 1998 и 2005 годов. Сама геометрическая модель плоская и представляет собой набор случайно расположенных перекрывающихся круговых областей. Круговые области при этом описывают участки нерастаявшего льда, а площадь между ними — образующиеся водоемы. Модель полностью определяется всего двумя параметрами: средним размером кругов и их суммарной относительной площади на поверхности.

Оказалось, что такой простой модели всего с двумя параметрами достаточно, чтобы довольно точно описать геометрию водоемов из растаявшего льда, в частности соотношения между их площадью, периметром и средним количеством. Работоспособность модели была проверена на аэрофотографиях, полученных для разных дат в году, географических точек и типов льда.

С помощью этой модели ученые оценили степень связности водоемов, которая оказалась не зависящей ни от даты, ни от года, ни от типа льда. Ученые отмечают, что универсальность модели в этом случае несколько удивительна с учетом значительных отличий в условиях, при которых происходило таяние. Кроме того, предложенная модель позволила оценить фрактальную размерность образующихся при таянии поверхностных кластеров и значения пороговых параметров, при которых водоемы оказываются связанными между собой.

Авторы работы отмечают, что благодаря своей простоте предложенную модель можно уже сейчас использовать для оценки влияния климатических процессов на площадь ледяного покрова в Арктике, а также для прогнозирования его дальнейшего развития.

Относительно простые математические и физические модели не так редко используют для описания и исследования климатических и погодных изменений в результате естественных или антропогенных факторов. Например, недавно с помощью математических моделей ученым удалось изучить влияние геометрии улиц и высоты зданий на перегрев города относительно сельской местности.

Александр Дубов


Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.