Регистрация / Вход
Прислать материал

Построение концепции экспертной системы, основанной на наблюдательном модуле и блоке моделирования климата для прогнозирования изменений климата Арктики и судоходности Северного Морского Пути.

Номер контракта: 14.607.21.0023

Руководитель: Гулев Сергей Константинович

Должность: зав. Лабораторией

Организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им.П.П.Ширшова Российской академии наук
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им.П.П.Ширшова Российской академии наук

Аннотация скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
прогнозирование климата, изменения арктического климата, северная атлантика, меридиональный перенос тепла, потоки энергии океан-атмосфера.

Цель проекта:
1. Региональные и глобальные механизмы изменений Арктического климата и прогноза их воздействия на климат европейской части России. 2.Основной целью предлагаемого проекта является установление и физическое описание механизмов формирования изменений климата Арктики под влияние Атлантического океана и построение экспертной системы для его прогнозирования, основанной на наблюдательном модуле и блоке моделирования климата.

Основные планируемые результаты проекта:
1.Краткое описание основных результатов (основные практические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности).

В ходе выполнения проекта будут получены:

1. Количественные оценки вклада основных механизмов в формирование переноса вод и тепла между Атлантикой и Арктикой, а также их связь с характеристиками энергообмена на границе океан-атмосфера в субполярной и субарктической Атлантике.
2. Высокоточные расчеты меридиональных переносов тепла и результаты их сопоставления с оценками, получаемыми на основе расчетов потоков энергии на границе океан-атмосфера.
3. Методологию построения полей потоков энергии, гарантирующей замыкание балансов, по крайней мере, на региональном масштабе.
4. Результаты экспериментов с современными моделями климата, оценивающие вклад естественных и антропогенных факторов в изменение климатических условий и ледовитости Арктики на разных временных масштабах.

2. Основные характеристики планируемых результатов (в целом и/или отдельных элементов), научной (научно-технической, инновационной) продукции.

В ходе реализации проекта будут совместно использованы все основные наблюдательные подходы к изменчивости климата - анализ долговременных рядов наблюдений, анализ исторических данных, включая палеоданные, анализ спутниковых измерений. Наблюдательный компонент будет объединен с модельным компонентом, представленным современными климатическими моделями, которые позволят учесть новые механизмы климатических изменений в прогнозировании высокоширотного климата на ближайшие десятилетия. Все это позволит построить концепцию эффективной и экономичной системы наблюдений и прогноза климата Арктики, условий хозяйственной деятельности в ближайшие десятилетия и прогнозв судоходности Северного морского пути.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:

1.Описание конечного продукта, создаваемого с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта, места и роли проекта и его результатов в решении задачи/проблемы.

В ходе выполнения проекта предлагается исследовать и физически описать основные механизмы формирования современных изменений Арктического климата, в том числе под влиянием переноса вод и тепла на границе Северной Атлантики и Арктики и процессов взаимодействия океана и атмосферы и построить экспертную системы для прогнозирования климата и его влияния на судоходность Северного Морского Пути.

2. Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявшихся методик.

Предложенные решения обладают существенной новизной. Впервые будет создана наиболее полная база данных о характеристиках потоков энергии на границе океан-атмосфера и связанных параметров со столь высоким разрешением. Эта база данных впервые включает характеристики всех компонентов потоков тепла и кинетической энергии и позволяет формировать граничные условия для проведения численных экспериментов с моделью NEMO-ORCA. Также впервые будет предложена конфигурация модели, позволяющая оценивать характеристики меридионального переноса с высокой точностью. Для решения этой задачи впервые скорость меридионального течения на некотором горизонте представлялась в виде суммы скорости, рассчитанной динамическим методом от дна, скорости Экмановского дрейфа, и баротропной поправки, рассчитываемой двумя способами, по данным спутниковой альтиметрии (проект AVISO) и с помощью прямых измерений скорости с помощью LADCP.

3.Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.

Предлагаемые решения находятся на мировом уровне достижений в данной области, что подтверждается публикациями результатов в ведущих международных журналах.

4.Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.

Основными путями достижения заявленных результатов являются наблюдения процессов с помощью высокоточного оборудования, выполнение диагностических расчетов и численное моделирование

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1.Описание областей применения планируемых результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться результат или планируемая на их основе инновационная продукция).

Для указанных выше результатов проекта существуют широкие возможности вовлечения в хозяйственный оборот и коммерциализации. В частности, на основе результатов проекта будет разработана экономичная система мониторинга климатических изменений Арктики и коммерческая проблемно-ориентированная экспертная система прогнозирования рисков различных видов хозяйственной деятельности в Арктике в условиях изменяющегося климата.


2.Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования.

Нами будут разработаны рекомендации для государственных органов по долгосрочному стратегическому планированию экономики, организации морской деятельности, планированию структурных преобразований сельского хозяйства с учетом влияния процессов взаимодействия океана и атмосферы на климат России. Эти рекомендации должны быть основаны на прогностических оценках изменений климата России, включая арктические регионы, под влиянием аномалий океанских процессов и энергообмена океана и атмосферы на период ближайших десятилетий и 21-го столетия.



3.Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений, разработку новых технических решений; на изменение структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка и социальной сферы.

Разрабатываемые рекомендации позволят существенно улучшить долгосрочные прогнозы климата в высоких широтах и снизить риски неэффективного планирования хозяйственной деятельности. Возможными потребителями ожидаемых результатов являются Росгидромет в части обеспечения долгосрочными прогнозами организаций, осуществляющих морскую деятельность в Арктике, Минтранс РФ и компании-судовладельцы в части долгосрочного планирования характеристик закупаемого и строящегося флота для операций в Арктике и на трассе Северного морского пути, а также компании, ведущие разведку и добычу полезных ископаемых в Арктике (Роснефть, Лукойл) и осуществляющих строительные операции на Арктическом побережье.

4.Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры.

Планируемые результаты позволят существенно улучшить взаимодействие ученых в части исследований климата Арктики и его влияния на хозяйственную деятельность. В частности, это позволит получить доступ к модельным и вычислительным ресурсам Университета Бергена.

Текущие результаты проекта:
1.Выполнено построение БД-ГЛХЦ, включающей характеристики температуры и солености вод в верхнем слое океана с точностью не хуже 0,10 градуса для температуры и 0,01 Практических Единиц Солености (ПЕС) для солености, величины скоростей течений с точностью не хуже 0,01 м/сек за период с 1979 года по настоящее время. Все данные наблюдений, которые содержатся в создаваемой базе, приведены к единому виду и выложены в формате NetCDF. Данные, полученные в экспедициях на судах ИО РАН, сопровождаются географическими картами в унифицированном виде. Характеристики температуры и солености вод в толще вод океана представлены с точностью не хуже 0,01 градуса для температуры и 0,01 Практических Единиц Солености (ПЕС) для солености, величины скоростей течений - с точностью не хуже 0,01 м/сек за период с 1979 года по настоящее время. База данных доступна в сети ИНТЕРНЕТ по адресу www.sail.msk.ru/nahdb и прилагается на техническом носителе
2.Разработана база данных БД-ВДОА, сопряженная с ЭО-ЭАС и обеспечивающая передачу данных измерений и расчетов потоков коротковолновой и длинноволновой радиации. База включает данные характеристик взаимодействия океана и атмосферы на основе 7 атмосферных реанализов (ERA-Interim, MERRA, NCEP-CFSR, NCEP-2, JRA-25, ASR) и охватывает период с 1979 года по настоящее время. База данных снабжена пакетом интерактивного поиска и выбора района и периода на основе формата NetCDF, а также развитой системой интерполяции и графического отображения данных.
3.В результате доработки численной циркуляционной модели NEMO-ORCA получена отлаженная версия модели с обоснованными численными процедурами и параметризациями, реализованная на ЯПВУ FORTRAN-90 и обеспечивающая получение достоверных оценок переносов воды и тепла в районе взаимодействия Арктики и Атлантики на основании прецизионных измерений.
4.Выполнено определение набора параметров для включения в БД-МПВТ, а также точностные характеристики данных результатов модельных расчетов меридионального переноса. Созданная БД-МПВТ представляет собой электронный информационный ресурс, предоставляющий данные о характеристиках меридиональных переносов вод и тепла на северной границе Северной Атлантики на 60 градусе с.ш. БД-МПВТ включает характеристики переносов тепла с точностью 0,01 Петаватт, пресной воды с точностью 0,1 Св (106 км3/сек), а также базовых параметров для расчета меридиональных переносов: меридиональных компонент скоростей течений с точностью 0,01 м/сек, потенциальной температуры и солености вод с точностью не хуже 0,10 градуса для температуры и 0,01 Практических Единиц Солености (ПЕС). Все данные базовых параметров представлены на 31 стандартном горизонте от поверхности до 3000 метров, а оценки меридионального переноса тепла и пресной воды, как интегральные характеристики.
5.Выполнены расчеты с помощью высокоразрешающей численной математической модели NEMO-ORCA переносов вод и тепла на границе Арктики и Атлантики, в частности выбрана конфигурация района для расчетов меридионального переноса, проведены оценки переноса по данным наблюдений (БД-ГЛХЦ), определившие точностные требования. На основании выполненных расчетов по климатической модели на период с 1979 по 2013 гг. получены пространственные поля приводного ветра и волнения с разрешением 20 км по пространству и 6 часов по времени, Обнаружены долгопериодные тренды высот ветровых волн в восточной Атлантики, свидетельствующие об усилении штормовой активности. Показано, что причинами усиления штормовой активности в субполярной Атлантике являются циклонические образования, характеризующиеся экстремальными ветровыми характеристиками.
6. Получено свидетельство о регистрации РИД - "База данных облачных характеристик Мирового океана".