ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2009, № 3, с. 135-137
НАУЧНЫЕ ДИСКУССИИ
УДК 551.791
ОТВЕТ АВТОРОВ НА ОТКЛИК В.А. БОЛЬШАКОВА
© 2009 г. Н. В. Вакуленко*, В. М. Котляков**, Д. М. Сонечкин*
*Институт океанологии им. П.П. Ширшова, РАИ **Институт географии, РАИ Поступила в редакцию 17.10.2008 г.
Отклик В.А. Большакова на нашу статью "Синхронность ледниковых циклов позднего плейстоцена с ходом инсоляции на экваторе и ее перераспределением между высокими и низкими широтами", опубликованную в журнале № 5 "Изв. РАН. Сер. геогр.", за 2007 г., начинается с непринципиальных стилистических и терминологических упреков к названию статьи и изложению истории вопроса. Отвечать на них нет необходимости. Непринципиально и то, что "во время оледенений неоплейстоцена объем ледников Северного полушария был существенно больше объема ледников Антарктиды". Ведь на всех других стадиях палео-климата соотношение было обратным, так что в среднем по времени подсистема Южного полушария была все же более инерционной.
Самым существенным нам видится упрек В.А. Большакова в необоснованности одного из наших выводов, что в течение последних 800 тыс. лет существовала центральная симметрия форм и длительностей ледниковых циклов. Он считает, что, во-первых, мы рассмотрели только один палео-климатический ряд, во-вторых, что это, якобы, противоречит данным других авторов, и, в-третьих, что мы неправильно определяем границы циклов. Отвечаем, что мы иллюстрировали вывод на одном ряду только из-за ограничений объема статьи. С большим числом иллюстраций на океанических изотопных рядах В.А. Большаков мог бы ознакомиться по другой нашей статье, одновременно опубликованной в "Изв. РАН. Сер. Физика атмосферы и океана" [1]. Мы никак не изменяем временные шкалы рассматриваемых рядов, поэтому никакого противоречия с данными авторов -разработчиков этих рядов, в том числе и ряда "Купол С" нет и быть не может. Мы вправе определять границы циклов по тем их фазам, которые наиболее наглядно представляют исследуемую симметрию.
Относительно трех последующих редакционных и терминологических замечаний Большакова скажем следующее. В верхних частях рис. 1 и 2 исходные ряды дейтерия и инсоляции действительно показаны в их оригинальных шкалах. Нормировка делалась лишь перед их вейвлетным преобразованием, что, как известно, не меняет результат вей-
влетного преобразования в принципе, но минимизирует его краевые искажения из-за конечности преобразуемых рядов. Далее, чтобы ни казалось автору отклика, энергетические спектры рядов хода инсоляции на 65° северной и южной широты при расчетах получаются практически одинаковыми, поскольку противофазность вклада в них прецессионной компоненты не влияет на энергетический спектр. Наконец, В.А. Большаков цитирует наше высказывание "...на долю каждой из компонент (включая остаток) приходится примерно четверть общей изменчивости", и заключает, что оно противоречит картине энергетического спектра ряда дейтерия, а потому неверно. Но его цитирование некорректно, ибо в нем опущена следующая наша фраза: "Учитывая же, что в ряду остатка наибольший вклад приходится на относительно долгопериодные колебания из диапазона вариаций эксцентриситета орбиты Земли, вклад компоненты из этого последнего диапазона можно оценить как достигающий почти половины общей изменчивости ряда дейтерия".
Далее Большаков утверждает, что "...необходимость существования нелинейных процессов известна уже более 130 лет, с тех пор, как Дж. Кролль ввел понятие положительных обратных связей в климатической системе для объяснения ледниковых циклов". Здесь автор отклика заблуждается, делая знак равенства между нелинейностью и существованием обратных связей в динамических системах. Понятие обратной связи было сформулировано и широко распространилось в теории автоматического регулирования механических систем лишь в середине XX в. Практически все рассматривавшиеся тогда системы были линейными. В лучшем случае они были кусочно-линейными. Как хороший пример применения этой идеологии в палеоклиматологии можно привести знаменитую модель Дж. Имбри и Дж. Имбри
йУ (г ) = г (г ) - V ( г) йг т( У( г) ) '
где У(г) - объем ледников в момент времени г, г(г) -пропорционально летней инсоляции на 65° с.ш., а т(У(г)) - характерный временной масштаб роста и разрушения континентальных ледниковых щитов.
136
ВАКУЛЕНКО и др.
Приняв этот характерный масштаб постоянным, можно свести эту модель к одному из вариантов так называемого броуновского движения - линейной реакции динамической системы на внешнее возбуждение (в данном случае квазипериодическое, а не чисто случайное, как при классическом броуновском движении). Но, чтобы воспроизвести скачкообразно быстрое разрушение ледниковых щитов и относительно долгое их разрастание, в модель ввели "обратную связь", а именно представили т(У(0) как кусочно-линейную (пороговую) функцию У(0. Конечно, это шаг в сторону нелинейной модели, но только самый первый и робкий шаг.
В.А. Большаков объявляет неверным наше высказывание о том, что колебания содержания дейтерия и инсоляции, связанных с углом наклона земной оси, были почти синхронны, ссылаясь на то, что длительности первых были около 100 тыс. лет, а вторых - около 41 тыс. лет. Он невнимательно читал наш текст. В этом месте мы сопоставляем между собой колебания дейтерия и инсоляции только из временного диапазона наклонения, так что по построению их средние длительности одинаковы и близки к 40 тыс. лет. Их синхронность хорошо видна на представленном в статье рисунке.
В целом рассуждения нашего оппонента о роли изменений наклона земной оси к плоскости эклиптики крайне путанные. Он считает, что вносимое этими изменениями перераспределение инсоляции по широтным поясам не может быть причиной глобальных изменений климата, ссылаясь при этом на Кролля. Но ведь именно широтное перераспределение инсоляции приводит к изменениям площади снежного и ледового покровов, результирующим в изменении отражательных свойств подстилающей поверхности, и, как следствие, в глобальном изменении климата, на что обращал внимание Кролль.
Относительно эксцентриситетной компоненты инсоляции заметим, что ее вклад в высокие широты остается весьма малым, даже если рассчитывать в среднем за год. Поэтому реплика В.А. Большакова о качественной разнице между среднемесячной и среднегодовой инсоляцией совершенно неуместна.
Согласимся с оппонентом, что не являются новостью вариации длительности плейстоценовых ледниковых циклов от примерно 70 до 120 тыс. лет. Вероятно, впервые это стало видно по рядам дейтерия и парниковых газов, построенным по анализам ледяного керна станции "Восток" в Антарктиде [2]. В работе [3] впервые было отмечено, что эти вариации можно хорошо описать с помощью модуляции климатических колебаний на несущей частоте около 100 тыс. обратных лет частотой главной гармоники эксцентриситета в примерно 400 тыс. обратных лет и ее субгармоникой уполовиненной частоты. Утверждение же В.А. Большакова (со ссылкой
на известных бельгийских исследователей А. Бер-же и М.-Ф. Лутри), что эксцентриситетные циклы не менялись таким же образом, неверно. Наш расчет основан на инсоляционных данных, предоставленных этими бельгийскими авторами. Суть в том, что Берже и его сотрудники всегда описывают ход орбитальных параметров рядами Фурье. В [4] перечислено более сорока гармоник эксцентриситета с существенными амплитудами. Эти гармоники есть результат очень сложных гравитационных взаимодействий Солнца и планет, приводящих к явлению, известному в современной математической теории нелинейных динамических систем как "консервативный детерминированный хаос". Гораздо более компактно этот хаос описывается суммой модулированных по частоте колебаний. В частности, модуляция второй по мощности гармоники с периодом 94.945 тыс. лет первой по мощности гармоникой с периодом в 412.885 тыс. лет порождает комбинационные гармоники с периодами в 77.194 и 123.298 тыс. лет. Модуляция второй гармоники шестой и восьмой гармониками с периодами 2305.441 и 1306.618 тыс. лет порождает четвертую и седьмую гармоники с периодами в 99.590 и 102.535 тыс. лет. В свою очередь, модуляция этих последних первой гармоникой порождает комбинационные гармоники примерно 80- и 130-тысячелетних периодов. С учетом других модуляций получаются колебания эксцентриситета (и значит инсоляции Земли в целом) на дискретных частотах, число которых заметно меньше, чем существенных гармоник Фурье-представления. Важно, что модулированные колебания доминируют во времени поочередно. Так примерно 700-800 тыс. лет и 100-200 тыс. лет назад доминировали 120-130-тысячелетние колебания, а 300-600 тыс. лет назад - 70-80-тысячелетние. Нам кажется, мы являемся первыми, кто указал на модуляционный характер колебаний самого эксцентриситета. Колебания инсоляции, обязанные этим колебаниям эксцентриситета, хотя и являются глобальными, но наиболее мощны вблизи экватора. Указание на это является другим важным новым результатом нашей работы. Каковы именно механизмы отклика климатической системы на частотно модулированные колебания инсоляции, есть, по нашему мнению, главная задача дальнейшего развития теории плейстоценовых ледниковых циклов.
Как нам кажется, мотивом, побудившим В.А. Большакова откликнуться на нашу статью, было его желание напомнить о собственных работах, которые он называет "новой концепцией теории Миланковича". Эта "концепция" призывает учитывать изменения и перераспределения инсоляции глобально. С этим нельзя спорить. Вопрос в том, как это делать. В принципе, для этого надо выписать уравнения в частных производных, описывающие эволюцию всех подсистем климатической системы (атмосферы, океана и криосферы) с учетом взаимодействий подсистем друг с другом и
ОТВЕТ АВТОРОВ НА ОТКЛИК В.А. БОЛЬШАКОВА
137
пространственно-временных вариаций инфляционных внешних воздействий, а затем решать уравнения численными методами. Это чрезвычайно сложный и трудоемкий подход "грубой силы" к созданию теории ледниковых циклов. Он еще долго будет далек от сколько-нибудь удовлетворительного разрешения.
Уместно вспомнить,
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.