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

Изменения окружающей среды в Арктике и их влияние на население и хозяйство (РНФ)НИР

I

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 16 сентября 2014 г.-31 декабря 2014 г. Изменения окружающей среды в Арктике и их влияние на население и хозяйство
Результаты этапа: В соответствии с заявленным планом работ, произведён анализ трендов температуры в Арктическом регионе по данным станционных наблюдений. Проведён анализ повторяемости обобщённых типов циркуляции по Дзердзеевскому. Впервые был обработан и проанализирован массив данных измерений осадков на Российских станциях ВНИИГМИ-МЦД с суточным разрешением. Выбраны и подготовлены для дальнейшей работы по расчёту социально-важных показателей в Арктическом регионе данные реанализа 20 века о температуре воздуха, осадках, направлении и скорости ветра века. Для более полного территориального охвата Арктического региона климатическими данными были рассмотрены лучшие существующие в настоящее время реанализы. Разработана поэтапная методика перехода от исходных метеорологических данных, полученных на основе глобальных и мезомасштабных моделей циркуляции атмосферы, к процессам формирования стока на водосборе на основе гидродинамических моделей. Разработана типизация опасных гидрологических явлений в низовьях и в устьях рек, впадающих в моря: Баренцево, Белое и Карское. Собраны материалы для характеристики особенностей пространственно-временной изменчивости стока арктических рек на территории России. На их основе составлена электронная база гидрологических данных по арктическим рекам. Осуществлён сбор данных для расчёта временных рядов социально-важных показателей (СВП) для современного климата. Для Арктического региона рассчитаны СВП для каждого десятилетия периода 1951–2010 гг. и их отклонения от значений для базового периода 1961–1990 гг. Выполнены количественные оценки тенденций изменения СВП в Арктическом регионе в период 1950–2013 гг. по данным реанализа и модели ИВМ РАН. Проанализированы данные по динамике мощности сезонно-талого слоя по наблюдениям на 34 российских площадках CALM. Собран массив данных о скоростях и распространении современных геоморфологических процессов в Арктическом регионе. Проведены количественные исследования изменений климата в Карском регионе и на Варандейском участке в их связи с увеличением активности береговой динамики. Проведена оценка комфортности климата в летние месяцы года на севере Новой Земли и Земле Франца-Иосифа. Создана цифровая модель рельефа, проведены тестовые расчёты волнового климата Белого моря с использованием модели SWAN. Произведён количественный анализ структуры и динамики населения в Российской Арктике. Определена структура населения российской Арктики по субъектам РФ , распределение городского и сельского населения по регионам и уровень урбанизации.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Изменения окружающей среды в Арктике и их влияние на население и хозяйство
Результаты этапа: Первый полный год работы коллектива Лаборатории комплексного исследования Арктики (www.ael-msu.ru) позволил выявить «социально-важные» климатические показатели региона, определить существующие взаимосвязи между параметрами природной среды и возможностями хозяйственного освоения уже используемых и планируемых к освоению территорий, а также выработать сценарии возможных изменений этих взаимосвязей в результате ожидаемых изменений климата в соответствии с вариантами развития транспортной среды и промышленности. В процессе выполнения заявленных работ была создана общая для участников проекта база данных (http://lab.nral.org:6080/arcgis/rest/services) на основе ГИС-сервера, включающая в себя результаты срочных станционных наблюдений (каждые 3 ч) за скоростью ветра, температурой, количеством осадков на метеорологических станциях Российской Арктики в XX и XXI вв. Создан банк данных результатов численных экспериментов по моделированию климатической системы, выполненного в рамках Международного проекта CMIP5 глобальными моделями климата для периодов 1950–2005 гг (эксперимент Historical) и 2006–2100 гг (эксперимент RCP8.5), содержащий ежедневные значения средней суточной температуры воздуха, суточные суммы атмосферных осадков, а также значения атмосферного давления, широтной и меридиональной компонент скорости ветра с 6-часовым разрешением. Создан электронный атлас, включающий 54 карто-схемы представляющих результаты расчётов показателей климатически обусловленных ресурсов для Российской Арктики, выполненных по данным численных экспериментов модели земной климатической системы INMCM4 (институт вычислительной математики РАН). Для оценки динамики штормовой активности в Российской Арктике в XX и XXI вв. создана электронная база данных значений скорости ветра и атмосферного давления реанализа ERA-Interim c 6-часовым временным разрешением и шагом по пространству 0.75×0.75 градусов широты и долготы. На базе ресурса http://permafrost.su/gcm.html содержатся данные наблюдений и результаты расчёта по моделям CMIP5 основных климатических характеристик Арктического региона с учётом различных сценариев изменения климата в 21 веке. Реализована технология оценки изменения речного стока при его рассредоточении по водотокам дельтовых разветвлений для мониторинга опасных гидрологических явлений в многорукавных устьях Арктических рек. Для оценки трансформации речного стока в дельте были изучены возможности традиционных (на основе данных натурных измерений) и инновационных (зондирование земной поверхности со спутников и методика условных порядков) технологий. Реализация их производилась на примере дельты р. Лены — самой большой (30 тыс. км2) и многорукавной в России, экологически ценной и экономически важной. Результаты показали, что даже в пределах такой большой дельты сток воды за счёт дельтовых разветвлений увеличивается незначительно (на 7 км3/год), тогда как сток влекомых наносов сокращается на 100%, взвешенных — на 35–60%, а сток тепла — на 25%. В рамках мониторинга опасных гидрологических явлений в многорукавных устьях арктических рек были собраны и обработаны космические снимки на дельту Лены в период прохождения половодья и наиболее масштабных разливов в дельте, получены связи между площадями затопления и расходами воды в реке. На примере Северной Двины было установлено, что численная двумерная модель движения водного потока на придельтовом участке (ПК STREAM_2D) позволяет при заданном гидрографе на речной границе устьевого участка реки и уровнях на устьевом взморье получать скорости течения и уровни воды, расходы воды, границы, глубины затопления поймы и скорости движения потоков на ней. Составлена серия карт распространения современных экзогенных процессов на ключевых участках арктического побережья (1:100 000–1:200 000), расположенных в разных его частях и непосредственно обследованных исполнителями: на Земле Франца-Иосифа, Кольском п-ове; Западном Ямале, о. Преображения в Хатангском заливе, на п-ове Лопатка, в низовьях Колымы, на о-вах Айон и Врангеля. По данным ретроспективного моделирования было посчитано количество штормов в Белом море в периоды отсутствия ледяного покрова. На основании результатов численных экспериментов получены оценки влияния зыби, генерируемой в Северной Атлантике либо в Баренцевом море на акваторию Белого моря. Выявлено, что влияние зыби из Северной Атлантики, приходящей на акваторию Белого моря, незначительно (0,2 м), тогда как для Баренцева моря эта зыбь может превышать 5 м. Высота волн зыби, приходящей из Баренцева моря в Белое, составляет около 1 м С помощью системы Surface Modeling System отрабатывалось моделирование нагонов в устьях Арктических рек. В модели использовались данные поля ветра реанализа NCEP/CFSR с разрешением ~0,2°×0,2° по горизонтали и часовым временным разрешением. Подробно проанализирован штормовой нагон 15 ноября 2011 года в устье Северной Двины, который оказался наибольшим по высоте уровня, площади затопления и продолжительности стояния. Разработана методика оценки уязвимости социально-экономических территориальных систем, подверженных воздействию неблагоприятных и опасных явлений на уровне муниципальных образований, в том числе в Арктической зоне России. Для целей оценки создан интегральный индекс плотности социально-экономического потенциала территории (основные параметры: численность населения, стоимости основных фондов, условный валовой муниципальный продукт). Методика позволяет рассчитывать социально-экономический потенциал исключительно хозяйственно освоенной территории, а не административно-территориальной единицы в целом (соотнесение потенциала на единицу освоенной площади), что особенно актуально для Арктической зоны России, где потенциал имеет сильную степень концентрации.
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Изменения окружающей среды в Арктике и их влияние на население и хозяйство
Результаты этапа: По данным о современном климате и результатам климатического прогноза CMIP5 (сценарий RCP8.5) для отдельных пунктов Арктики выполнена оценка сдвига дат перехода средней суточной приземной температуры воздуха через 0С. Для оценки гидрологических процессов в этих пунктах были рассчитаны дополнительные показатели холодного периода: суммы положительных и отрицательных температур, число дней с t>0°C, количество осадков, выпадающих в твёрдом виде, количество осадков при t>0°C. Выполнены оценки современных изменений штормовой активности в Российском секторе Арктики по данным реанализа ERA-Interim о скорости ветра. Для акватории Баренцева и Карского морей проанализировано пространственное распределение современных экстремально высоких скоростей ветра и их прогноз на конец XXI века. Выполнен синоптический анализ случаев с экстремально высокими скоростями ветра, с применением разработанной технологии выполнена типизация таких синоптических ситуаций, а также оценка их повторяемости в современном климате (с 1981 г.) и в условиях возможного потепления при его развитии по сценарию RCP8.5 (CMIP5). Для отдельных случаев с экстремально высокими значениями скорости ветра выполнены численные эксперименты с использованием мезомасштабной негидростатической атмосферной модели COSMO. На основе результатов моделирования проанализированы синоптических ситуаций, при которых такие скорости достигались и факторы формирования больших скоростей ветра. Исследованы вероятности совместных экстремумов температуры, осадков и скоростей ветра, а также экстремумы в последовательные сутки По итогам выполненных 2016 году работ было установлено, что с 1950 г. по настоящее время возросла ежегодная продолжительность периода с t>0С. Даты весеннего перехода температуры через 0С не испытывали выраженных сдвигов на фоне сильной межгодовой изменчивости, осенний переход в последние десятилетия стал происходить несколько позже. Над Баренцевым и Карским морями за последние 35 лет однонаправленный тренд экстремально высоких значений скорости ветра не выражен, но в 1990е гг. отмечается увеличение значений и рост повторяемости процессов циркуляции атмосферы меридионального типа. Более половины случаев сильного ветра над Баренцевым морем связаны с присутствием глубоких циклонов над акваторией моря, отдельный тип характеризуется наличием мощного антициклона над архипелагом Новая Земля и Карским морем. Штормовые синоптические ситуации над Карским морем более разнообразны, повторяемость направления сильных ветров почти одинакова по разным румбам, с небольшим преобладанием ветров южной и юго-западной четверти. Повторяемость синоптических ситуаций с высокими скоростями ветра к концу XXI века не должна существенно измениться. Вычислительные эксперименты с использованием модели COSMO показали, что важными факторами интенсификации полярных мезоциклонов, сопровождающихся высокими значениями скорости ветра, являются большой межширотный контраст температуры, выход циклона с покрытой льдом акватории на свободную ото льда морскую поверхность, что способствует возрастанию бароклинной неустойчивости. Показано также, что подобные циклоны могут сопровождать хорошо выраженным струйным течением в свободной атмосфере. Изучение условных распределений (в диапазоне температур около 0°C) осадков и модуля скорости ветра показало разные результаты. Несмотря на то, что в обоих случаях характерен закон Вейбулловского распределения, в условном распределении ветра ощущается присутствие как «черных лебедей», так и «драконов»; в то время как все значения осадков определяются единым законом. Использование двумерных функций распределения позволило сопоставить результаты моделирования с эмпирическими данными, рассматривая величину вероятности попадания значения в заданный диапазон значений. Показано, что модель INM CM4 близко к реальности воссоздаёт значения осадков и скорости ветра в диапазоне около 0°C. Геоморфологические исследования на островах и побережьях арктических морей выявили тесную связь между климатическими факторами, интенсивностью и распространением современных геоморфологических процессов, в особенности термоабразии. Их локализация определяется также геологическим строением, главным образом распространением высокольдистых отложений. В западных районах российской Арктики изменения климата проявляются в увеличении вероятности высоких скоростей отступания берегов и связанных с этим рисков. 2005–2012 гг. в Баренцевом и Карском морях характеризуются беспрецедентно высокой гидрометеорологической нагрузкой на берега за счёт одновременного усиления термоабразионных и термоденудационых процессов, на Земле Франца-Иосифа — преимущественно за счёт термоабразии. Была произведена оценка инвестиционной привлекательности регионов Арктики, и составляющих её инвестиционного потенциала и инвестиционных рисков, в т.ч. и в части их природной составляющей. По результатам исследования удалось установить, что высокие риски характерны для Ямальского, Тазовского районов, гг. Салехард, Ноябрьск, Новый Уренгой и др. в центральной части Арктике и Кандалакшского район, гг. Воркута и Нарьян-Мар в западной части Арктики. Была также проведена оценка уязвимости Арктических районов, что актуально для планирования хозяйственной деятельности в регионе и прогнозирования его развития. Уязвимость муниципальных районов определялась в индексном виде. Установлено, что районы Российской Арктики более уязвимы к социально-экономическим негативным изменениям, чем к природным. Построение сценариев долгопериодных (50–100 лет) и короткопериодных (20–30 лет) сценариев развития транспорта, прибрежных и морских инфраструктур, разработок невозобновляемых ресурсов, основывались на оценках минерально-сырьевого потенциала Арктики. Сделано заключение, что на период до 2040 г. фактически единственными регионами развития нефтегазодобычи и соответствующей им инфраструктуры остаются Баренцевоморский и Ямальский. За пределами 2040 года к ним могут присоединиться арктические территории к востоку от Таймыра, но и к 2100 г. основными регионами нефтегазодобычи также будут оставаться Баренцевоморский и Ямальский. Полученные результаты предыдущих лет и 2016 г. позволили построить карты, составившие электронный «Атлас уязвимости объектов хозяйства в Арктике и условий жизни населения на фоне изменения окружающей среды». Атлас включил в себя карты на территорию Российской Арктики ряда социально-важных показателей (СВП) для современного климата, характеристики волновых характеристик Баренцева и Белого морей (работы по оценке этих характеристик для других акваторий продолжаются), ледовый режим Арктики, гидрологические характеристики и экономические показатели по МО. Помимо современного состояния представлены и прогнозные карты на середину XXI века для части из характеристик. Изображения этих карт размещены на <http://ael-msu.org/?page_id=166>.

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".