О некоторых проблемах моделирования климата и его изменений

Г.И. Марчук

Обсуждается проблема математического моделирования изменений климата под влиянием атмосферной и океанической циркуляций в глобальном масштабе. Отмечается ряд ключевых моментов развития метода математического моделирования климатической системы, описываются результаты некоторых работ, выполненных в Институте вычислительной математики РАН, включая эксперименты с современной моделью Мирового океана - важным компонентом климатической модели, разработанной под руководством В. П. Дымникова.

В XXI веке приоритетными станут науки о жизни и жизнеобеспечении, человеке и о глобальном климате. Эти проблемы потребуют развития и многих других наук: математики, физики, химии, биологии, наук об атмосфере и океане.

Настоящая международная конференция посвящена глобальным изменениям климата. Началом глубокого изучения климата и его изменений можно считать конференцию 1964 г. в Боулдере (США), которая подвела итоги работ ученых по исследованиям циркуляции атмосферы и долгосрочного прогноза погоды. Обращаясь к истории развития проблемы, следует отметить, что успехи в этой области были во многом обусловлены прогрессом развития вычислительной техники, развитием новых методов вычислительной математики и физики атмосферы и океана, особенно проблем, связанных с взаимодействием этих двух сред. С математической точки зрения необходимо было построить эффективные численные модели, описывающие многообразие физических процессов с большим разбросом пространственно-временных масштабов. Модели должны аппроксимировать управляющие уравнения с высокой точностью, быть экономичными и устойчивыми в расчетах на быстродействующих многопроцессорных вычислительных системах.

Работа состоит из трех частей. В первой части излагаются некоторые ключевые результаты вычислительной математики, вызванные бурным развитием новой вычислительной техники и используемые в задачах теории климата. Во второй излагается общий подход, позволивший начать систематическое изучение энергоактивных зон Мирового океана, ответственных за взаимодействие атмосферы и океана. Третья часть посвящена актуальной проблеме современной климатологии - проблеме четырехмерного усвоения данных, в частности, для Мирового океана, решаемая на основе вариационного подхода и теории сопряженных уравнений.