ИСТИНА

Анализ пространственно-временных атмосферных процессов и развитие концепции формирования погоды и климата в условиях антропогенного воздействия

Spatio-temporal analysis of atmospheric processes and the development of the concept of the formation of weather and climate under anthropogenic impact includes the study of the relationship between climate change and circulation systems. This is the study of the interaction of the leading modes of variability with climatic trends, as well as the development of the theory of individual vortex systems (blocking modes) under conditions of climate change. Another direction is the study of the climate of Moscow and other urbanized areas, including the study of the urban "heat island", the composition of air and precipitation, extreme meteorological phenomena, atmospheric radiation (including ultraviolet radiation) based on measurements (ground network, acoustic and radio sounding, mast measuring complexes, satellite data) and modeling (see below). The third direction is the study of a number of objects, the dynamics of which are effectively influenced by climate change. This is a study of the impact of anthropogenic disturbances in forest and bog ecosystems on the flow of greenhouse gases. This is the study of the water balance and fluctuations in the level of the Caspian Sea. This is the study of variations in mountain glaciation (including the Caucasus). This is a study of changes in climate-dependent socio-economic indicators for various regions of Russia. The fourth block is the development of computer modeling methods using atmospheric models (COSMO-CLM / ICON-CLM, COSMO-ART, WRF-ARW, as well as turbulent-resolving ones) and estimates from high-resolution databases for use in solving all of the above problems. And also to study the mechanisms of formation of extreme phenomena (including wind regime, precipitation, ice deposits, air pollution, etc.) in specific topographic and landscape conditions (Arctic, Caucasus, urbanized areas, etc.).

Планируемые результаты сгруппированы по пунктам 1 - 4. 1 Будут уточнены механизмы передачи сигнала из тропосферы в стратосферу и их изменения в условиях меняющегося климата. Будут определены изменения структуры и интенсивности отклика циркуляции в тропосфере и стратосфере Северного полушария на два типа Эль-Ниньо в условиях более теплого климата (по данным сценария и экспериментов RCP8.5). Будут выявлены связи долгопериодных температурных трендов и показателей энергообмена океана и атмосферы в высоких широтах (в том числе над Российской Арктикой) с аномалиями циркуляции атмосферы. Будут развиты подходы к математическому описанию индивидуальных вихревых систем в тропических и внетропических регионах в т.ч., муссонные депрессии и субтропические антициклоны. 2 Будет проведено исследование значимости многолетних изменений радиационных параметров для оценки современных климатических тенденций их изменений в Москве, а также в связи с актуальностью проблемы рационального использования возобновляемых источников энергии. Будет проанализирована изменчивость УФ радиации в Москве в 2020 году, рассмотрены ее особенности относительно многолетних измерений, осуществлен контроль качества измерений, дополнены архивы данных. Будет оценена пространственно-временная изменчивость аэрозольных характеристик атмосферы на территории городских агломераций России в 21 веке по спутниковым данным (MAIAC, MODIS) и на основании данных измерений АЭРОНЕТ. Будет исследован состав осадков (кислотность, макрокомпоненты, содержание изотопа О-18, а также тяжелых металлов и металлоидов в растворимой и нерастворимой фазе). Будут уточнены характеристики городского "острова тепла" в Москве, включая закономерности годового/суточного хода и многолетних изменений его интенсивности, влияние на неё разных метеорологических величин и синоптических условий, в том числе во время пандемии коронавируса. Будет проведен анализ статистики опасных явлений (гроз, экстремальных температур, осадков и скоростей ветра) в Москве. 3 Будет исследован водный баланс речного бассейна Волги в связи с колебаниями уровня Каспийского моря в условиях разных типов климата. Будет исследован тепловой и водный баланс некоторых ледников Приэльбрусья по данным наблюдений и моделирования (WRF ARW). Будет проведено сравнение турбулентных потоков СО2, явного и скрытого тепла на сплошной вырубке и в разных типах ненарушенных лесных и болотных экосистем по данным пульсационных измерений; с помощью трехмерной гидродинамической модели будет выполнена оценка влияния неоднородной растительности на вертикальные и горизонтальные потоки СО2. Будут оценены изменения специализированных климатических показателей, учитывающих влияние на экономику и социальную сферу, для арктического региона России. 4 На основе экспериментов с климатической моделью INMCM5 будут исследованы (для территории Европы) непрямые воздействия аэрозоля на облачность при разных сценариях эмиссий его газов-предшественников. Будет проведена оценка качества детализированного модельного архива Russian Arctic COSMO-CLM hindcast (созданного для части Российской Арктики), в том числе успешность воспроизведения повторяемости и распределения экстремальных скоростей ветра, температур и осадков, на основе сравнения с данными станционных и спутниковых наблюдений, различных архивов и реанализов. По данным моделирования высокого разрешения (COSMO/ICON-CLM и WRF ARW) будет оценено влияние городской среды на формирование конвективных опасных явлений г. Москвы и ближайшего Подмосковья На основе результатов моделирования (WRF ARW) будут определены параметры ледяного дождя. По данным высокочастотных измерений на микрометеорологической мачте в Метеорологической обсерватории МГУ будут оценены связи турбулентных моментов разных порядков в пограничном слое атмосферы над урбанизированной территорией, в том числе, зависимости, применяемые для замыкания систем уравнений, осреднённых по Рейнольсу.

Освоено суперкомпьютерное гидродинамическое моделирование атмосферы на базе лучших мировых моделей COSMO и WRF ARW (с шагами сетки от нескольких км до 1 км) – метод, использующийся при выполнении большинства разделов. Освоена работа с базами данных различного наполнения (реанализы, архивы CMIP, спутниковые данные, архивы Гидрометцентра России и ВНИИГМИ-МЦД, и др.) Доступна для использования постоянно обновляемая база данных наблюдений Метеорологической обсерватории МГУ (основанная на данных эколого-климатического мониторинга, осуществляемого (в своих основных компонентах) более 65 лет), позволяющая анализировать климат Московской агломерации, а также динамику островов тепла, влажности/сухости и загрязнений, биологически-активной УФ радиации, прозрачности атмосферы и др. Доступна для использования постоянно обновляемая база данных, позволяющая выполнять анализ аэрозольных свойств атмосферы по данным солнечно/небесного фотометра CIMEL сети AERONET. Разработаны и готовы к использованию методы анализа индивидуальных вихревых систем синоптического масштаба. Развиты подходы к исследованию Эль-Ниньо и других мод низкочастотной изменчивости в системе атмосферы и океана, в том числе с учетом изменений климата. Имеются обобщения результатов в виде монографий и современных учебников.