Регистрация / Вход
Прислать материал

14.586.21.0023

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.586.21.0023
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный гидрометеорологический университет"
Название доклада
Разработка технологий прогнозирования изменения состава атмосферы в условиях меняющегося климата
Докладчик
Смышляев Сергей Павлович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью исследования является разработка средств мониторинга и прогнозирования состава атмосферы и изменения ландшафтов в условиях меняющегося климата на базе новой оперативной прогностической системы контроля и прогноза газового и аэрозольного состава атмосферы (химической погоды) для территории Евразии.
Для достижения цели исследования решены следующие задачи:
а) разработана региональная модель контроля и прогноза газового состава атмосферы для территории Евразии;
б) разработана региональная модель контроля и прогноза аэрозольного состава атмосферы для территории Евразии;
в) разработан метод одновременного оперативного моделирования изменчивости метеорологической и химической погоды для территории РФ и ЕС;
г) разработан метод прогнозирования изменения поступления в атмосферу газов и аэрозолей в условиях изменения свойств подстилающей поверхности в результате изменений климата;
д) разработан прототип новой оперативной системы прогноза одновременного изменения метеорологической и химической погоды.
Актуальность и новизна исследования
Проблема контроля уровня химического загрязнения атмосферы, определяющего качество воздуха, является одной из основных задач, связанных 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 настоящем исследовании создана новая система «химической погоды», которая по аналогии с метеорологической погодой позволяет оперативно контролировать и прогнозировать изменение химического состава воздуха, на основе и одновременно с контролем и прогнозом метеорологической погоды. 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.
Описание исследования

Проект направлен на устранение существующих пробелов в описании взаимодействия процессов различных пространственно-временных масштабов: от локальных процессов загрязнения воздуха (антропогенного и сжигания биомассы при лесных пожарах), погоды, химии атмосферы до глобальных изменений климата. Объектом исследования являются процессы, происходящие над Евразией и прилегающими территориями Арктики с учетом глобальных прогнозов изменения климата и эмиссии в атмосферу. Основной упор сделан на процессы, связанные с изменением поступления в атмосферу газов и аэрозолей, в том числе черного углерода и их роли в химии атмосферы.

В рамках проекта создан 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. При этом для создания системы контроля газового и аэрозольного состава нижней атмосферы была осуществлена адаптация разработанных в РГГМУ и ФМИ региональных моделей газового состава атмосферы, численных моделей эволюции аэрозоля для оперативного прогноза изменения количества аэрозольных частиц, их размеров и химического состава. Для оценки поступления в атмосферу морской соли и оценки динамики ледяного покрова использовалась разработанная в РГГМУ модель циркуляции и эволюции ледового покрова арктических морей РФ. Обновленные описания потоков морской соли и выбросов от лесных пожаров включены в модель атмосферного переноса SILAM на основе новых алгоритмов. Новые модули объединены с имеющимися описаниями антропогенных и биогенных выбросов аэрозолей и их предвестников. Для инвентаризации источников загрязнения атмосферы были созданы базы данных о потоках химических газов, предвестников сульфатного аэрозоля, пыли и морской соли для использования в качестве нижнего граничного условия в системах контроля газового и аэрозольного состава атмосферы.

Для учета взаимодействия процессов глобального и регионального масштабов, модели общей циркуляции атмосферы использовались для задания начальных и граничных условий для региональных моделей численного прогноза погоды. С другой стороны, глобальные модели химического состава нижней и средней атмосферы используются для задания начальных и граничных условий для моделей качества воздуха. Взаимодействие глобальных и региональных моделей осуществлялось в оперативном режиме на каждом временном шаге с учетом вложенных сеток региональной модели в глобальную модель.

При создании оперативной системы контроля и прогноза химической погоды использовались методы численного моделирования атмосферной эволюции газов под воздействием физических и химических процессов. Для задания нижних граничных условий использовались базы данных естественных и антропогенных поверхностных источников исследуемых составляющих атмосферы, которые обновлялись в соответствии с прогнозируемыми изменениями климата и погоды. Результаты анализа модели численного прогноза погоды использовались для контроля текущего состояния химической погоды путем задания температуры воздуха, влияющей на скорости газофазных химических реакций и процессы формирования и эволюции аэрозоля, скоростей ветра, определяющих горизонтальный и вертикальный перенос химически активных веществ и аэрозоля, поверхностного давления, влияющего на концентрацию воздуха и влажности воздуха, определяющей содержание водяного пара и, следовательно, химию водородосодержащих газов и аэрозоля.

Для прогноза состояния химической погоды использовались прогностические расчеты модели прогноза погоды GFS, которые ассимилировались моделью химической погоды. При этом скачивались сразу и результаты анализа предыдущего периода времени с учетом измерений и прогноза изменения метеорологической обстановки в течение ближайших трех суток. В результате выдавались взаимосвязанные результаты изменения температуры воздуха, газового и аэрозольного состава атмосферы территории Евразии.

Результаты исследования

1. Разработана соответствующая мировому уровню методика одновременного оперативного моделирования изменчивости метеорологической и химической погоды для территории РФ и ЕС.

2. Создан прототип оперативной прогностической системы контроля и прогноза газового и аэрозольного состава нижней атмосферы для территории Евразии.

3. Созданы методы прогнозирования изменения поступления в атмосферу аэрозолей от лесных пожаров и морской соли с поверхности Мирового океана в условиях меняющегося климата и ландшафтов.

4. Разработана прогностическая модель поступления морской соли в атмосферу с поверхности океана.

5. Получены 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.

6. Получены оценки характера изменения состава атмосферы над Евразией и сопредельными территориями Арктики вследствие климатических изменений.

7. Получены оценки влияния климатических изменений, связанных с источниками и стоками газов и аэрозолей, на качество воздуха и погоду.

Практическая значимость исследования
Оперативные системы краткосрочного прогноза изменения 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 позволяют 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 Минприроды России и МЧС России;
- гидрометеорологические службы;
- службы обеспечения безопасности авиационных полетов;
и др.