Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание научно-технического задела в области разработки технологий прогнозирования состава атмосферы в условиях меняющегося климата

Номер контракта: 14.586.21.0023

Руководитель: Смышляев Сергей Павлович

Должность: профессор

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный гидрометеорологический университет"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
качество воздуха, аэрозоль, черный углерод, морская соль, химия атмосферы, изменение климата, метеорология, состав атмосферы, численное моделирование

Цель проекта:
Проблема контроля уровня химического загрязнения атмосферы, определяющего качество воздуха, является одной из основных задач рационального природопользования, связанной с экологией окружающей среды и созданием условий комфортного проживания и сохранения здоровья граждан РФ и ЕС. Уровень загрязнения воздуха в значительной степени определяется процессами трансграничного переноса загрязнителей и их предшественников, не признающими государственных границ, поэтому сотрудничество между организациями РФ и ЕС, в частности РФ и Финляндии, имеющих общую границу, в этой области является особенно актуальным. Проблема контроля уровня загрязнения воздуха решается путем создания системы измерений содержания основных загрязнителей в атмосфере, инвентаризации их наземных источников, а также численного моделирования трансформации и переноса газовых и аэрозольных загрязнителей в атмосфере. Для комплексного контроля качества воздуха в последнее время создаются системы так называемой «химической погоды», которые по аналогии с метеорологической погодой позволяют оперативно контролировать и прогнозировать изменение химического состава воздуха на основе и одновременно с контролем и прогнозом метеорологической погоды, т.е. температуры и влажности воздуха, а также скоростей и направления ветра. В настоящий момент назрела необходимость прикладного развития систем «химической погоды» путем разработки научно-технических основ их оперативного использования и регулярного доведения до потребителей особенностей изменения химического состава воздуха одновременно с информацией об изменении метеорологической погоды. Кроме того, одной из важнейших проблем является учет изменений климата при организации мероприятий контроля качества воздуха, также как и проблема влияния изменений климата на метеорологическую погоду. Настоящий проект направлен на устранение существующих пробелов в описании взаимодействия процессов различных пространственно-временных масштабов: от локальных процессов загрязнения атмосферного воздуха (антропогенного и сжигания биомассы при лесных пожарах), погоды, химии атмосферы и до глобальных изменений климата. Объектом исследования являются процессы, происходящие над Евразией и прилегающими территориями Арктики, но с учетом глобальных прогнозов изменения климата и эмиссии в атмосферу. Основной упор будет сделан на процессы, связанные с поступлением в атмосферу аэрозолей, в том числе черного углерода и его роли в химии атмосферы.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Объективные оценки характера изменения состава атмосферы над Евразией и сопредельными территориями Арктики вследствие климатических изменений.
1. Уменьшение неопределенности оценок климатических изменений, связанных с источниками и стоками аэрозолей, их интенсивностью и влиянием на климат.
3. Методика одновременного оперативного моделирования изменчивости метеорологической и химической погоды для территории РФ и ЕС.1. Методы прогнозирования изменения поступления в атмосферу аэрозолей от лесных пожаров и морской соли с поверхности Мирового океана в условиях меняющегося климата и ландшафтов.
4. Прогностическая модель поступления морской соли в атмосферу с поверхности океана.
5. Объективные оценки прогнозной динамики поступления в атмосферу аэрозоля (в том числе черного углерода и морской соли) в связи с изменением климата, для существующих базовых сценариев изменения климата.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечный продукт, создаваемый с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта:
Прототип новой оперативной прогностической системы контроля и прогноза газового и аэрозольного состава нижней атмосферы для территории Евразии на основе оперативной модели прогноза изменения газового и аэрозольного состава нижней атмосферы, определяющего качество воздуха в РФ и ЕС.
Возможные пути решения:
1. Для создания системы контроля газового и аэрозольного состава нижней атмосферы будет осуществлена адаптация разработанных в РГГМУ и Финском метеорологическом институте (ФМИ) региональных моделей газового состава атмосферы, численных моделей эволюции сульфатного, органического, сажевого, пылевого и солевого аэрозоля для оперативного прогноза изменения газового состава, количества аэрозольных частиц, их размеров и химического состава.
2. Для оценки поступления в атмосферу морской соли и оценки динамики ледяного покрова будет использована разрабатываемая в РГГМУ модель циркуляции и эволюции ледового покрова морей арктического бассейна РФ.
3. Обновленные описания потоков морской соли и выбросов от лесных пожаров будут включены в модель атмосферного переноса SILAM на основе новых алгоритмов. Новые модули будут объединены с имеющимися описаниями антропогенных и биогенных выбросов аэрозолей и их предвестников.
4. Для инвентаризации источников загрязнения атмосферы будут созданы базы данных о потоках химических газов, предвестников сульфатного аэрозоля, пыли и морской соли с разрешением не хуже 0.5х0.5 градусов широты-долготы для использования в качестве нижнего граничного условия в системах оперативного контроля газового и аэрозольного состава атмосферы.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Оперативные системы краткосрочного прогноза изменения газового и аэрозольного состава атмосферы могут использоваться в оперативном прогнозировании одновременного изменения метеорологической и химической погоды путем ежедневного расчета газового и аэрозольного состава атмосферы на основе оценки текущего состояния качества воздуха и измерений, с учетом влияния глобальных и региональных процессов и источников доведения результатов этих расчетов до конечного потребителя: гидрометеорологических служб России и Финляндии, спасательных служб, подразделений МЧС России, служб экологического контроля, других заинтересованных хозяйствующих субъектов.
Совместные усилия исследователей ФМИ и РГГМУ для разработки общей прогностической системы позволят объединить созданный ранее научно-технический задел, унифицировать подходы и методы, согласовать начальные условия, а также оптимизировать использование имеющихся у партнеров вычислительных мощностей для проведения независимых модельных расчетов с последующим агрегированием мульти-модельных ансамблей и их вероятностной интерпретации.
Разработанные модели и алгоритмы в последующем могут быть включены в глобальные модели атмосферной циркуляции для прогнозирования условий работы авиационного и других видов транспорта, а также безопасности жизнедеятельности населения при масштабных лесных пожарах и задымлении местности.
Результаты проекта могут быть использованы широким кругом специалистов, занимающихся изучением свойств атмосферы Земли, проблемами глобального переноса аэрозольных частиц, влиянием на радиационный баланс и климат Земли, оптические свойства атмосферы и др.
Прогностические данные в виде оперативно поступающей информации, а также набора специализированных климатических показателей могут быть использованы следующими службами и предприятиями, для решения задач в соответствии с отраслевым назначением:
- подразделения Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации и Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий;
- гидрометеорологические службы;
- службы обеспечения безопасности авиационных полетов;
- предприятия нефтедобывающей промышленности;
и др.

Текущие результаты проекта:
1. Разработана региональная модель контроля и прогноза газового состава нижней атмосферы для территории Евразии.
2. Разработана региональная модель контроля и прогноза аэрозольного состава нижней атмосферы для территории Евразии.
3. Проведены исследования методов прогнозирования изменения поступления в атмосферу аэрозолей от лесных пожаров и морской соли с поверхности Мирового океана в условиях меняющегося климата и ландшафтов.
4. Разработана технология мониторинга и прогнозирования состояния и частоты возгораний биомассы на основе данных дистанционного зондирования и алгоритмов анализа «больших данных».
5. Проведена адаптация океанографической модели Северо-европейского бассейна Арктики для целей проекта.
6. Разработана прогностическая модель поступления морской соли в атмосферу с поверхности океана.