ИСТИНА

Актуальность предлагаемого исследования определяется значимостью радиационного баланса и его многолетних вариаций для погоды и климата. Важность исследования определяется также значительной изменчивостью компонент радиационного баланса и биологически активной ультрафиолетовой радиации (УФР) за последние 100 лет за счет пространственной и временной изменчивости газово-аэрозольного состава атмосферы и ее облачных свойств. Задача исследования заключается в оценке влияния парниковых газов, аэрозоля и облачности на атмосферную радиацию и их температурных эффектов, а также в выявлении роли этих факторов в многолетней изменчивости атмосферной радиации, в том числе в УФ диапазоне спектра на основании развиваемых моделей реконструкции и измерений. Поставленные задачи планируется решить на основании численного моделирования с помощью современного облачно-радиационного алгоритма ECRAD (Hogan and Bozzo, 2018) в автономном режиме и в режиме ее функционирования в модели численного прогноза погоды ICON, а также на основании уникальных многолетних измерений составляющих радиационного баланса и УФР в Метеорологической Обсерватории (МО) МГУ с середины 20 века, включая наблюдения высокоточным комплексом RAD-MSU стандарта BSRN с 2021 г. (Чубарова и др. 2022).Использование облачно-радиационной схемы ECRAD позволит оценить радиационные эффекты парниковых газов, аэрозоля, а также определить влияние облачности на радиацию по разным методам, в том числе, с учетом трехмерных эффектов облаков на радиацию. Проведение численных экспериментов с помощью ECRAD в автономном режиме и в модели прогноза погоды ICON впервые позволит детально проанализировать влияние различных геофизических факторов с учетом обратных связей на наиболее важные прогностические метеорологические элементы, такие как температура и осадки. Важной задачей исследования является анализ режима атмосферной радиации на основании измерений комплексом RAD-MSU стандарта BSRN в МО МГУ. На основании данных мониторинга планируется создание архивов составляющих радиационного баланса и УФР за период работы нового комплекса с 2021 г. по 2026 г. Использование этих архивов позволит выявить особенности атмосферной радиации в различных спектральных диапазонах и проанализировать причины их вызывающие, а также оценить ее изменчивость относительно многолетних измерений. Кроме того, впервые будет проведен детальный анализ наблюдающихся в холодный период ситуаций, приводящих к положительным значениям длинноволнового баланса, в которых может происходить заметное увеличение температуры воздуха у поверхности Земли. Для таких ситуаций планируется провести детальный анализ с использованием модели ICON, что позволит оценить качество воспроизведения данного эффекта моделью и температурный эффект этого явления. Использование полученных оценок чувствительности атмосферной радиации к различным геофизическим параметрам позволит провести дальнейшее совершенствование модели реконструкции для коротковолновой радиации (Chubarova, 2008), предложенной ранее руководителем проекта, а также разработать новую модель реконструкции для длинноволнового диапазона спектра. В результате, создание комплекса моделей реконструкции для разных спектральных диапазонов позволит воссоздавать исторические реконструкции атмосферной радиации для различных географических регионов, проводить анализ причин многолетней изменчивости атмосферной радиации, а также тестировать результаты расчетов современных климатических моделей. Таким образом, впервые комплексный подход с использованием современных моделей и многолетнего мониторинга, в том числе, проводимого на базе современного оборудования, позволит решить основные задачи проекта, заключающиеся в оценке радиационных и температурных эффектов основных геофизических параметров, разработке моделей реконструкции атмосферной радиации и выявлении ее многолетней изменчивости в различных спектральных диапазонах, включая биологически активную УФР.

The relevance of the proposed study is determined by the significance of the radiation balance and its long-term variations for weather and climate. The importance of the study is also determined by the significant variability of the components of the radiation balance and biologically active ultraviolet radiation (UVR) over the past 100 years due to the spatial and temporal variability of the gas-aerosol composition of the atmosphere and its cloud properties. The objective of the study is to assess the influence of greenhouse gases, aerosol and clouds on atmospheric radiation and their temperature effects, as well as to identify the role of these factors in long-term variability of atmospheric radiation, including UV range of the spectrum based on the developed reconstruction models and measurements. The tasks set are planned to be solved on the basis of numerical modeling using the modern cloud-radiation algorithm ECRAD (Hogan and Bozzo, 2018) in offline mode and in the mode of its operation in the ICON numerical weather forecast model, as well as on the basis of unique long-term measurements of the components of the radiation balance and UVR at the Meteorological Observatory (MO) of Moscow State University since the middle of the 20th century, including observations high-precision RAD-MSU complex of the BSRN standard since 2021 (Chubarova et al. 2022). The use of the ECRAD cloud-radiation scheme will allow to assess the radiation effects of greenhouse gases, aerosol, as well as to determine the effect of clouds on radiation using various methods, including taking into account the three-dimensional effects of clouds on radiation. The numerical experiments of the ECRAD in offline regime and in the ICON weather forecast model for the first time provide a detailed analysis of the influence of various geophysical factors, taking into account feedbacks, on the most important predictive meteorological elements such as temperature and precipitation. An important task of the study is to analyze the atmospheric radiation regime based on measurements by the RAD-MSU complex of the BSRN standard at the Moscow State University. Based on the monitoring data, it is planned to create archives of the components of the radiation balance and UVR for the period of operation of the new complex from 2021 to 2026. The use of these archives will allow to identify the features of atmospheric radiation in various spectral ranges and analyze their causes, as well as to assess its variability relative to long-term measurements. In addition, for the first time, a detailed analysis of the situations observed during the cold period, leading to positive values of the long-wave balance, in which a noticeable increase in air temperature near the Earth's surface can occur, will be carried out. For such situations, it is planned to conduct a detailed analysis using the ICON model, which will allow us to assess the quality of reproduction of this effect by the model and the temperature effect of this phenomenon. The use of the obtained estimates of the sensitivity of atmospheric radiation to various geophysical parameters will allow further improvement of the reconstruction model for short-wave radiation (Chubarova, 2008), proposed earlier by the project manager, as well as to develop a new reconstruction model for the long-wavelength range of the spectrum. As a result, the development of the complex of reconstruction models for different spectral ranges will allow recreating historical reconstructions of atmospheric radiation for various geographical regions, analyzing the causes of long-term variability of atmospheric radiation, as well as testing the results of calculations of modern climate models. Thus, for the first time, an integrated approach using modern models and long-term monitoring, including those, which are carried out on the basis of modern equipment, will allow solving the main tasks of the project, which are to assess the radiation and temperature effects of the main geophysical parameters, develop models for the reconstruction of atmospheric radiation and to identify its long-term variability in various spectral ranges, including biologically active UVR.