Компьютерная лабораторная работа по изучению климата Земли на примере зонального распределения температуры

Актуальность

В настоящее время большое внимание уделяется проблемам изменения климата и глобальному потеплению. Человечество сталкивается с климатическими аномалиями и ищет пути, чтобы их предотвратить. Применение компьютерных программ позволяет смоделировать климат нашей планеты при различных изменениях в системе «Земля».

Цель

Разработать компьютерную программу на языке программирования C++ для изучения вклада каждого параметра энергобаланса в общее распределение температуры по поверхности Земли.

Задачи

1. Изучить существующие энергобалансовые модели климата Земли, использовать для моделирования одномерную модель Будыко.

2. На основе изученного материала разработать программу моделирования радиационного и энергетического баланса Земли.

3. Исследовать изменение температуры в различных точках земного шара при изменении разных параметров модели.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Персональный компьютер с установленным ПО

Описание

Автор изучил структуру энергобалансовой модели климата Земли.

На основе изученного материала была написана программа в свободной кроссплатформенной среде разработки Code::Blocks для лабораторного компьютерного моделирования климата Земли. Пользователю предлагается ряд заданий, в частности – получение распределения температуры по поверхности Земли при изменении отдельных составляющих энергобаланса.

В нашей лабораторной модели были взяты за основу численные значения параметров энергобаланса из одномерной модели Будыко: S = 1370  (солнечная постоянная), А = 204  (интенсивность излучения абсолютно чёрного тела), В = 2.17 (скорость изменения интенсивности излучения Земли), K = 3.8  (коэффициент межширотного переноса).

Параметр Х и Альбедо α определялся для каждой широтной зоны по таблице экспериментальных данных.

В качестве упражнений лабораторной работы предложено изменять некоторые из этих параметров, чтобы посмотреть чувствительность климата к данной составляющей общего энергетического взаимодействия.

Во время работы над проектом авторы установили следующее.

1. При уменьшении межширотного переноса температура каждой широтной зоны увеличивается. Однако разница в температурах между экватором и полюсом значимая. Если увеличить межширотный перенос, то температура каждой зоны уменьшается, и разница между севером и экватором также уменьшается.

2. Уменьшение приходящей солнечной энергии приведёт к уменьшению температуры в каждой зоне, но это может привести к покрытию определённых зон снежным покровом, изменению коэффициента Альбедо и изменению других составляющих модели климата.

Для создания приложения с удобным интерфейсом автором был изучен фреймворк Qt Creator.

Результаты работы/выводы

Создана программа для лабораторного компьютерного моделирования климата Земли на основе известной одномерной модели Будыко. Развитием программы стало создание приложения с графическим интерфейсом.

Получены распределения температуры по земному шару в зависимости от разных параметров (Солнечной постоянной, интенсивности излучения Земли, межширотного переноса, Альбедо-поверхности).

Программа может использоваться в школьном практикуме по физике для оценки вклада каждой составляющей энергобалансовой модели климата в изменение климата Земли в целом.

Перспективы использования результатов работы

При дальнейшей доработке возможно усложнение модели с учётом всех приближённых значений для создания более точной климатической модели.

Мнение автора

«Участие в Открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» позволяет раскрыть свои таланты, реализовать самые оригинальные идеи. Это уникальная возможность проявить себя, постараться создать что-то полезное и нужное. Работа над проектом была увлекательной, мои ожидания оправдались»