В связи с техническими работами в центре обработки данных, возможность загрузки и скачивания файлов временно недоступна.
 

Погодные и климатические процессы различных пространственно-временных масштабов в условиях антропогенного воздействия (ГЗ)НИР

Weather and climatic processes of the various spatio-temporal scales under anthropogenic impact

Соисполнители НИР

МГУ имени М.В. Ломоносова Соисполнитель

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 11 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Погодные и климатические процессы различных пространственно-временных масштабов в условиях антропогенного воздействия (ГЗ)
Результаты этапа: 1. Показано, что ослабление стратосферного циркумполярного вихря в Арктике в ответ на аномалии температуры поверхности океана (ТПО), связанные с восточно-тихоокеанским (ВТ) Эль-Ниньо, наблюдается в средней стратосфере в течение всех зимних месяцев. Значимый отклик на центрально-тихоокеанское (ЦТ) Эль-Ниньо появляется только в феврале, в связи с чем максимальные различия в отклике на два типа Эль-Ниньо в северном полушарии отмечаются в начале зимы. 2. В южном полушарии влияние Эль-Ниньо на стратосферный циркумполярный вихрь имеет место только в случае ЦТ Эль-Ниньо в августе и сентябре перед пиком Эль-Ниньо, когда в приэкваториальном Тихом океане наблюдается максимальная скорость роста аномалий ТПО, а влияние радиационных процессов в перестройке стратосферной циркуляции с зимней на летнюю еще не выходит на первый план. 3. Создан алгоритм расчета составляющих бюджета тепла верхнего перемешанного слоя океана. Рассчитаны составляющие бюджета тепла верхнего перемешанного слоя океана (горизонтальная и вертикальная адвекция, нелинейный динамический нагрев) по данным моделей проекта CMIP5 в современном (сценарий historical) и будущем климате (сценарий rcp8.5). 4. Продолжено развитие подхода к математическому описанию индивидуальных вихревых систем в тропических регионах. Показано, что значительная часть изменчивости вихревой системы может быть описана с помощью нескольких первых естественных ортогональных функций (ЕОФ). 5. Для блокирующих антициклонов, которые определяли погоду летом 2021 года, были построены траектории их перемещения. Показано, что они были достаточно подвижными, что характерно для антициклонов теплого периода. 6. Продолжено изучение турбулентного теплообмена между акваторией западного сектора Российской Арктики (Баренцево и Карское моря) с атмосферой. Создан календарь синоптических ситуаций для экстремально больших и малых турбулентных потоков тепла между морем и атмосферой для западного сектора российской Арктики. 7. Спектральный анализ позволил выявить, что в многолетнем ходе среднемесячных за февраль и август потоков явного и скрытого тепла отмечаются колебания с периодичностью главным образом 4-5 лет в феврале и 2-4 года в августе. Наибольший вклад в изменчивость атмосферного давления на уровне моря в Баренцевом море вносят колебания с периодом 2-3 года. 8. На основе данных сопоставления моделей климата проекта PMIP3 и натурных данных изотопного состава повторно-жильных льдов совместно выполнена верификация реконструкции температуры холодного периода в период позднеплейстоценового максимума оледенения на севере криолитозоны России (21 тыс.л.назад). 9. По данным метеорологической сети Москвы и Московского региона за 2018÷2020 гг. показано, что функции распределения интенсивности «острова тепла» близки к нормальному закону только летом и весной; зимой и осенью им присуща заметная положительная асимметрия. 10. Период жёстких карантинных ограничений во время пандемии коронавирусной инфекции весной и в начале лета 2020 г. привёл к резкому и статистически достоверному ослаблению «острова тепла» Москвы. 11. Завершены работы по анализу климатических характеристик опасного явления грозы в Москве по многолетним данным Метеорологической обсерватории МГУ с 1954 года, а также проведено сравнение с грозами в Индии. 12. Показано, что с моментом окончательного разрушения утренней приподнятой инверсии связано ускорение роста содержания O3 и скачкообразное уменьшение уровней NO2. Напротив, в условиях долгоживущих приподнятых инверсий оседания, существующих обычно осенью и зимой на больших высотах, не выявлено достоверных изменений в приземном содержании малых газов. 13. Проведены эксперименты по моделированию ветровых условий внутри городской застройки на юго-западе Московского мегаполиса с помощью модельного комплекса Envi-Met с разрешением 5х5 метров. По итогам работы был создан и успешно визуализирован прообраз системы ветровой безопасности Москвы (для кампуса МГУ), основанной на изучении статистики усилений ветра при обтекании препятствий (здания, деревья, и другие городские объекты). 14. Показано, что освещенность земной поверхности в условиях пасмурного неба и при средних условиях облачности может различаться до 50%, а освещенность стен различной ориентации в несколько раз. В период залегания снежного покрова, при сплошной облачности нижнего яруса за счет многократного переотражения от снега и облаков отраженная составляющая освещенности увеличивается до 30% и более. 15. В XXI веке усилились тенденции уменьшения аэрозольной мутности атмосферы, роста прямой и уменьшения рассеянной радиации. Практически вдвое увеличилась скорость повышения длинноволнового и радиационного баланса, температуры поверхности почвы. 16. Выявлены особенности аэрозольного загрязнения весной 2020 года в Москве в период локдауна: получено 30-40% уменьшение массовой концентрации взвешенных частиц с диаметром менее 10мкм относительно 5-летних средних за 2015-2019 гг. для апреля и мая 2020 г. Выявлен ряд особенностей циркуляционных и погодных условий, которые повлияли дополнительно на уменьшение уровня загрязнения приземным аэрозолем в Москве. 17. . Получено, что в 2020 году главными факторами, определившими изменчивость эритемной УФ радиации являлись озон и эффективный балл облаков. В последние годы можно отметить тенденцию к уменьшению роста УФ за счет меньших отрицательных аномалий озона в Москве. 18. По данным экспериментов с модельюCOSMO-CLMс учётом и без учёта городской подстилающей поверхности были оценены пространственные распределения наиболее важных характеристик, определяющих и отражающих формирование конвективных опасных явлений – максимальные приземные скорости ветра, вертикальные скорости на нескольких уровнях, осадки (часовые и суточные суммы), а также параметр updrafthelicity (UH25) в слое 2 – 5 км. 19. Изучена временная динамика биологически активной эритемной УФ-радиации (Qery) и факторов, её определяющих, в 2018–2019 гг. на территории Государственного природного заповедника Карадагский (КНС — ПЗ РАН — филиал ФИЦ ИнБЮМ) в Крыму.На основании данных измерений Qery оценены УФ-ресурсы в разные месяцы года. 20. На основании проведенного анализа результатов пульсационных (eddycovariance) измерений и модельных расчетов потоков парниковых газов на сплошной вырубке было показано, что по сравнению с нарушенным древостоем несмотря на оптимальные условия почвенного увлажнения она характеризуется более низкими значениями эвапотранспирации, валовой первичной продукции и экосистемного дыхания на протяжении вегетационного периода. 21. Разработанная ранее и модифицированная трехмерная гидродинамическая модель, применена для расчета вертикальных и горизонтальных турбулентных и адвективныхпотоков углекислого газа между поверхностью и атмосферой для верхового болота “Старосельский мох” (Тверская область).Результаты моделирования продемонстрировали существенную неоднородность потоков, обусловленную мозаичной структурой растительности, особенно сильную вблизи границ растительных сообществ. 22. Расширен объём данных, доступных онлайн на репозитории figshare.com (добавлены приземные потоки явного и скрытого тепла, прямой, рассеянной и суммарной радиации, излучения атмосферы и общего радиационного баланса; увеличен период (1980 – 2008, 2010 – 2016) (https://figshare.com/account/home#/collections/5186714). 23. Показано, что причиной повышенной лавинной опасности зимних сезонов на Северном Кавказе являются не сезонная аномалия осадков по региону, а продолжительная отрицательная аномалия температуры воздуха. Длительные холодные периоды является причиной аномально высокого снегонакопления даже при сезонных суммах осадков, близких к норме. 24. На основе данных реанализов и численного моделирования выполнена предварительная оценка связи водности облаков с выпадающими осадками, которая использована в созданной ранее простой схеме параметризации орографического добавка осадков в горных районах. Показано, что доля осадков, выпадающих из облака, на среднемесячных масштабах линейно зависит от температуры, и меняется от 25-30 % при температуре воздуха на уровне конденсации более 10 °С до 75-80% при температуре ниже -20 °С. 25. С целью более подробного изучения условий формирования ледяного шторма в Приморье были проведены численные эксперименты с использованием мезомасштабной атмосферной модели WRF-ARW, которые позволили представить основные синоптические механизмы выпадения замерзающего дождя в виде наглядных схем. 26. В городе Надым проведены первые измерения влияния города на содержание частиц РМ10 и РМ2.5 в приземном слое воздуха. Также с помощью модели WRF-ARW проведены первые эксперименты по моделированию мощности и частоты приземных инверсий для Салехарда и Норильска.
2 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Погодные и климатические процессы различных пространственно-временных масштабов в условиях антропогенного воздействия (ГЗ)
Результаты этапа: Основные результаты работы за 2022 год: 1. На основании камерных измерений на лесных участках карбоновых полигонов в Краснодарском крае и Чеченской республике и расчетов с помощью гидродинамической модели получено, что почвы в исследуемых лесных экосистемах в летние месяцы служат устойчивым источником СО2, изменяясь от 0.8 до 6.5 мкмоль СО2/(м2 с), и преобладающим стоком СН4 из атмосферы, изменяясь от 0.5 до 0.55 нмоль СН4/(м2 с). Определяющими факторами изменения скорости почвенной эмиссии СО2 и поглощения CН4 в летний период служат температура и влажность верхних почвенных горизонтов, а также запасы органического углерода в почвенном профиле. 2.Выполненаоценка качества сезонных прогнозов колебаний Маддена-Джулиана (MJO) моделью ИВМ РАНна основании сравнения прогнозов по модели с результатами реанализа NCEP/NCAR за 35-ти летний период (1980-2014 гг.) для 2-х временных промежутков: зимний период (с 01.11.1980 по 31.03.2014) и летний период (с 01.05.1980 по 30.09.2014). 3. Рассчитан вклад составляющих бюджета тепла в формирование положительных аномалий ТПО с учетом разделения Эль-Ниньо на два типа по данным моделей CMIP5. На основании сравнения с данными реанализавыбраны модели, лучше всего воспроизводящие бюджет тепла верхнего перемешанного слоя. Они будут использованы в дальнейшем для анализа изменений в будущем климате (сценарий RCP8.5). 3. Обобщены материалы, позволяющие развить теорию изменений климата в плейстоцене. Диагностированы синоптические ситуации, при которых наблюдаются экстремальные осадки в Арктике. 4. Продолжено развитие подхода к математическому описанию индивидуальных вихревых систем. На примере субтропического антициклона оценены основные факторы, управляющие его эволюцией. 5. Установлено, что созданный на кафедре арктический ретроспективный прогноз COSMO-CLM в случаях образования полярных мезомасштабных циклонов позволяет существенно детализировать пространственные особенности полей турбулентного теплообмена между поверхностью морей и атмосферой по сравнению с данными реанализа ERA-Interim, где разрешение сетки 0.125 градусов по широте и долготе. 6. Показано, что созданный арктический реанализ COSMO-CLM реалистично воспроизводит наиболее высокие значения потоков явного и скрытого тепла в ПМЦ в областях сильных северных ветров в западных частях ПМЦ. 7. Расчет многолетней изменчивости среднемесячных сумм потоков турбулентного тепла показал, что наибольшая изменчивость характерна для холодного сезона, при этом ее значения, особенно потока скрытого тепла, в Баренцевом море в несколько раз больше, чем в Карском. 8. Завершён анализ многолетних изменений интенсивности «поверхностного острова тепла» по данным всего архива снимков спутников Terra и Aqua, начиная с 2000 года. Получен предварительный вывод о замедлении роста и стабилизации значений интенсивности «поверхностного острова тепла» в последнее десятилетие, что согласуется с аналогичным выводом касательно «острова тепла» в приземном слое воздуха. 9. В разрабатываемом программном обеспечении для радиационного комплекса RAD-MSU(BSRN) в МО МГУ реализована визуализация измерений, расчеты радиационных потоков, а также критериев качества измерений. Анализ данных радиационного комплекса за 2021 г. выявил более тесные связи между продолжительностью солнечного сияния и суммарной коротковолновой радиацией по сравнению с УФ-радиацией. Показано также, что в сентябре 2021 г. в некоторые дни в Москве отмечались нетипично высокие уровни эритемной УФ-радиации, опасные для здоровья. На основании данных измерений и модели реконструкции УФ радиации показано, что в последние годы изменения биологически активной УФ радиации в равной степени связаны с уменьшением общего содержания озона и уменьшением эффективного балла облачности (вклад каждого параметра составляет около 3%). 10. Проанализированы экстремумы и основные тенденции в многолетней изменчивости радиационных параметров атмосферы по сезонам и в целом за год. Оценка относительной величины тренда для средних годовых значений за 65-летний период наблюдений МО МГУ показала: увеличение на 8% и 7% общей и нижней облачности; уменьшение на 50% аэрозольной оптической толщины атмосферы; увеличение на 15% влагосодержания атмосферы; уменьшение на 1% суммарной и на 11% отраженной солнечной радиации; рост продолжительности солнечного сияния на 7%. Сократился период со снежным покровом на 17% , бесснежные октябрь, ноябрь стали для Москвы нормой. 11. Осуществлено дальнейшее усовершенствование трехмерной гидродинамической модели для расчета вертикальных и горизонтальных потоков парниковых газов между неоднородной подстилающей поверхностью и атмосферой (модифицированы граничные условия для давления на свободных границах). 12. В разработанную 3-х мерную гидродинамическую модель добавлен химический блок, учитывающий реакции, в которые вступают окислы азота NOxи озон. Это позволило на основе системы уравнений диффузии-реакции-адвекции рассчитывать распространение NOи NO2от наземных источников (почва, автотрассы) в приземном слое атмосферы в областях с мозаичной растительностью, а также при наличии непроницаемых препятствий (зданий). 13. Выполнена оценка метеорологических условия и причин крупных селей на Черноморском побережье Кавказа (ЧПК). Показано, что причиной 80 % селей являются сильные ливни, причем типичные пороговые значения, составляющие 30 мм (опасное явление погоды) и 55 мм (особо опасное явление погоды) по окрестным метеостанциям являются разумной величиной. 14. Проведен анализ изменений повторяемости условий холодового стресса в Казахстане за последние десятилетия. Выявлено, что наиболее подверженным холодовому стрессу в Казахстане является Петропавловск. 15.Проведена оценка качества прогнозов загрязнения в республике Казахстан по модели SILAM. Выявлено, что прогнозирование концентраций монооксида углерода и оксида серы является наилучшим, а прогноз концентраций оксида азота наихудшим. Причиной ошибок прогноза являются пространственное разрешение модели (модель SILAM дает прогноз концентраций ЗВ, осредненный по ячейке сетки со стороной 14 км), а также устаревшие или недостоверные базы данных о количестве выбросов предприятий. В целом использование модели SILAM для прогноза ЗВ в Казахстане является перспективным, однако необходимо учитывать существенное занижение прогнозируемых концентраций по модели. 16. Создана технологическая модельная цепочка (WRF+BEM - ENVImet), позволяющая комплексно исследовать поля метеорологических переменных в Москве на мезомасштабе с использованием различных начальных данных. Впервые в России было произведено мезомасштабное моделирование крупного мегаполиса с использованием современной многоуровневой параметризации городской подстилающей поверхности ВЕМ, учитывающей потоки тепла внутри зданий и антропогенные потоки тепла. 17. В рамках работ по применению детализированного модельного архива Russian Arctic COSMO-CLM hindcast(https://figshare.com/account/home#/collections/5186714) проводилась дальнейшая оценка качества воспроизведения им характеристик приземных экстремальных скоростей ветра и температур, а также полярных мезоциклонов. 18. По результатам сравнения модельных данных со спутниковыми снимками SAR методом Fraction SkillScore(FSS) удалось установить, что модельный архив COSMO-CLM успешно справляется с воспроизведением тех ситуаций, для которых его разрешения достаточно, а также во многих случаях улавливает общую, но не детальную структуру явлений меньшего масштаба. 19. Была создана и размещена в свободном доступе не имеющая аналогов база данных о термических ощущениях людей за 40 лет для территории Северной Евразии «North EurasianThermal Comfort IndicesDataset (NETCID): New Gridded Database fortheBiometeorological Studies». 20. Развита стохастическая модель динамики Каспийского моря на основе уравнения Фоккера-Планка, с оценкой параметров на основе архива моделей CMIP6. 21. Выявлены основные механизмы образования ледяных наростов для территории Крайнего Севера России. Численные эксперименты с моделью WRF-ARW оказались успешными и воспроизвели основные признаки аккреции инея. Результаты показывают, что модель успешно воспроизвела время начала обледенения и распределение интенсивности обледенения на протяжении всего численного эксперимента.
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Погодные и климатические процессы различных пространственно-временных масштабов в условиях антропогенного воздействия (ГЗ)
Результаты этапа:
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Погодные и климатические процессы различных пространственно-временных масштабов в условиях антропогенного воздействия (ГЗ)
Результаты этапа:
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Погодные и климатические процессы различных пространственно-временных масштабов в условиях антропогенного воздействия (ГЗ)
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".