Изменение климата Земли с позиции неравновесной термодинамики

Цегельский В.Г.

Ключевые слова: климат Земли, неравновесная термодинамика, гистерезис, производство энтропии, антропогенные процессы, пауза в глобальном потеплении.

Аннотация. На основании общих закономерностей эволюции неравновесных термодинамических систем проанализированы процессы, влияющие на состояние атмосферы и соответствующий ему климат. Показано, что с позиций неравновесной термодинамики процессы, протекающие в атмосфере, близки к процессам, протекающим при конвекции Рэлея-Бенара. Сопоставлены воздействия разных природных и антропогенных факторов на климат Земли по количеству производства энтропии в атмосфере от каждого из них. Показано, что приходящая солнечная радиация на верхнюю границу атмосферы в настоящее время превысила исходящую длинноволновую радиацию в космос на 0,436 Вт/м2 из-за увеличения парникового эффекта и отражённую коротковолновую радиацию на 0,0475 Вт/м2 из-за уменьшения альбедо. Объясняется ускоренное потепление Мирового океана ускоренным ростом концентраций СО2 в атмосфере из-за уменьшения его растворимости в океане, что повышает парниковый эффект и ускоряет рост температуры системы океан–атмосфера из-за обратной связи. С позиции неравновесной термодинамики объясняются возникающие паузы в росте температуры атмосферы при продолжающемся увеличении в ней концентрации СО2.

Earth's climate change from the perspective of nonequilibrium thermodynamics

Tsegelsky V.G.

Keywords: earth's climate, nonequilibrium thermodynamics, hysteresis, entropy production, anthropogenic processes, pause in global warming.

Abstract. Based on the general laws of evolution of nonequilibrium thermodynamic systems, the processes influencing the state of the atmosphere and the corresponding climate are analyzed. It is shown that from the standpoint of nonequilibrium thermodynamics, the processes occurring in the atmosphere are close to the processes occurring during Rayleigh-Benard convection. The effects of different natural and anthropogenic factors on the Earth's climate are compared by the amount of entropy production in the atmosphere from each of them. It is shown that the incoming solar radiation at the upper boundary of the atmosphere currently exceeds the outgoing long-wave radiation into space by 0.436 W/m2 due to an increase in the greenhouse effect and the reflected short-wave radiation by 0.0475 W/m2 due to a decrease in albedo. The accelerated warming of the World Ocean is explained by the accelerated growth of CO2 concentrations in the atmosphere due to a decrease in its solubility in the ocean, which increases the greenhouse effect and accelerates the growth of the temperature of the ocean-atmosphere system due to feedback. From the standpoint of nonequilibrium thermodynamics, the pauses that arise in the growth of the atmospheric temperature with a continuing increase in the concentration of CO2 in it are explained.