基于动力学微分方程的气候变化预测模型构建

摘要：由于人类的快速发展，人类的活动改变了大气中CO2的浓度，由于CO2是温室气体的主要组成部分，和地球的放热、散热的循环系统相互作用，改变了地球的能力平衡，使得地球的海洋表面温度、陆地表面温度发生改变，而温度的改变又进一步影响CO2的浓度，使得地球温度处在动态变化之中。本文通過建立海洋表面温度、陆地表面温和CO2的浓度的动力学微分方程组。

关键词：CO2浓度;温室气体;动力学微分方程

一、研究的目的与意义

1975年，布勒克教授在一篇论文中预测“大气中二氧化碳的含量上升，会导致明显的全球变暖”，并在全球范围内首次提出了“全球变暖”这一概念。全球变暖会引起冰雪融化、冻土消融、海平面上升、极端天气频发等，这不仅会破坏全球的自然生态系统，而且威胁人类的生存。所以“全球变暖”的概念一经面世就立刻引起各国政府的普遍关注。

基于以上背景，本文主要研究了加拿大各地的温度时空变化趋势、海洋温度变化规律，建立模型预测未来25年全球的气候变化，讨论全球变暖与极寒天气的关系，最后提出描述这种复杂全球气候的新概念，有助于非专业人士理解气候变化态势，具有重要的现实意义。

二、建立气候变化的动力学微分方程

2.1二氧化碳浓度方程

三、模型的结果和分析

3.1二氧化碳浓度和人口数量的预测结果

依据1990—2020年的CO2浓度和人口数量，对方程（1）进行了预测，初始条件为：t0=1990，tF=2018，P0=52.8134亿，C0=354.16ppm，CO2浓度的增长率α1=0.028，α2=3.7*10-5，M=120，人口增长率α3=0.0235，α4=3.7*10-6，其模拟结果如图1、图2所示，同时对未来25年的CO2浓度和人口进行预测，数据如表4。

3.2地球表面平均气温的预测结果

用1990～2020年的海洋表面平均温度和地球表面平均温度的数据，对未来25年的地球表面平均温度进行了预测，初始条件为：t0=1990，tF=2018，T1（0）=11.925，T（0）=14.39，β=0.021，γ=0.087。然后对未来10年全球表面平均温度进行预测，如下表5所示。

3.3结果分析

结合图1和图2人类若不采取任何措施，在2044年地球CO2浓度将达到439.15ppm，地球表面平均温度将相比于现在上升0.41℃。

参考文献

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作者简介

刘泓良（1993-），男，汉族，天津工业大学MEM硕士在读。