2.4. Фундаментальные и прикладные научные исследования планеты Земля

 

Тема КЛИМАТ. Изучение изменчивости климатических параметров и природные катастрофы разных масштабов: развитие и анализ физических механизмов, разработка современных методов обработки данных космического мониторинга климатических и экологических процессов. (Гос. Регистрация № 01.20.03 03440).

 

Научные руководители темы:    д.ф.-м.н.  Н.М. Астафьева,    д.т.н.  Е.А. Лупян, д.ф.-м.н.,  профессор  Е.А. Шарков.

 

В рамках темы КЛИМАТ продолжалось изучение изменчивости климатических параметров и характеристик природных вихрей и явлений, происходящих в системе океан–атмосфера и оказывающих влияние на формирование климата. Продолжалось создание и пополнение долговременных архивов спутниковых данных и результатов их первичной обработки, необходимых для изучения климатических изменений. Разрабатывались методы анализа данных космического мониторинга климатических и экологических процессов, методы изучения изменчивости климатических процессов. Рассматривались тесно переплетающиеся с проблемами климатологии проблемы интерпретации данных спутникового мониторинга и детектирования климатических изменений: мониторинг и определение характеристик снежного покрова планеты; изучение свойств и построение моделей диэлектрических свойств различных горных пород и рудных минералов. В результате исследований, проведенных по этим направлениям в течение 2007 года, получены следующие результаты.

 

1. Изучение макроструктур в системе океан – атмосфера: региональные особенности и закономерности термодинамических процессов, происходящих в основных центрах действия атмосферы Земли. Изучение особенностей и спектрального состава процессов в атмосфере над акваториями северной и южной частей Тихого и Атлантического океанов.

 

По данным спутникового мониторинга обнаружены региональные особенности во временной динамике атмосферных процессов над акваториями Атлантического и Тихого океанов. Региональные отличия существуют и на междугодовых масштабах изменений и на синоптических.

Атмосферные процессы над акваториями Мирового океана изучаются на основе данных спутникового мониторинга Земли. Анализируются поля радиояркостной температуры из электронной коллекции GLOBAL–Field, созданной в лаборатории климатических исследований ИКИ РАН на основе данных программы DMSP. Электронная коллекция GLOBAL–Field содержит глобальные радиотепловые поля Земли за период с 1995 по 2006гг, сформированные с регулярностью 2 поля в сутки и плотностью покрытия 0,5х0,5º по поверхности (http://www.iki.rssi.ru/asp/ ). Это делает их пригодными для анализа как глобальных, так и региональных процессов в атмосфере в широком диапазоне временных масштабов — от синоптических до внутри- и междугодовых.

Проведен вейвлет– и корреляционный анализ радиояркостной температуры на частотах 19, 22 и 85Ггц, адекватно отражающих динамику дождевых облачных систем, а также распределение влаго- и водозапаса атмосферы над Мировым океаном. Обнаружены региональные особенности во временной динамике процессов в основных центрах действия над акваториями Атлантического и Тихого океанов. Региональные отличия существуют и на междугодовых масштабах изменений (в характере квазидвухлетней цикличности, например) и на синоптических. Характерные детали в вейвлет–спектрах свидетельствуют об элементах нелинейного и хаотического поведения, но выделенный синоптический масштаб изменений в рассмотренных областях различен.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изменение радиояркостной температуры в двух областях на широте Северного тропика (Тихий океан). Годовая компонента колебаний, более слабая и менее регулярная в зоне действия Гавайского антициклона (2), усиливается при продвижении на запад; годовой ход и квазидвухлетняя цикличность становятся более выраженными (1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Экваториальная зона Тихого океана. Проявления Эль-Ниньо 97 года выражены почти во всей экваториальной зоне и усиливаются при продвижении с востока на запад (2). Четырех– пяти– летние колебания наиболее интенсивны вблизи 180-ого градуса долготы и становятся менее ярко выраженными при дальнейшем продвижении на запад. Они становятся практически незаметными на фоне интенсивной циклонической деятельности в западной части Тихого океана (1).

Сравнение структуры междугодовых изменений над разными акваториями МО показало наличие квази– двухлетних колебаний в атмосфере над Атлантикой и Тихим океаном. Четырех– пяти– летние колебания характерны для атмосферы над Тихим океаном. Междугодовая динамика отражает основные особенности общей циркуляции атмосферы, в частности, такие известные квазистационарные атмосферные колебания, как Арктическая осцилляция и Северо–Атлантическое колебание. Причиной выявленных квази– четырехлетних колебаний над акваторией Тихого океана может быть явление Эль-Ниньо.

 

Федулов К.В., Астафьева Н.М. Структура атмосферных процессов над акваториями Атлантического и Тихого океанов // Тезисы докладов 5 Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». ИКИ РАН. Москва. 12-16 ноября 2007г. С. 143.

Астафьева Н.М., Раев М.Д., Шарков Е.А. Внутри- и междугодовые изменения влагозапаса тропосферы по данным спутникового мониторинга Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007, том II, С. 20-26.

Астафьева Н.М., Раев М.Д., Шарков Е.А. Спутниковая СВЧ-радиометрия урагана ALBERTO: траектория и эволюция от тропических до средних широт // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007, том II, С. 33-39.

Астафьева Н.М., Шарков Е.А., Данекин А.И. Траектория и эволюция ураганов над Атлантикой: энергозапас тропических циклонов по данным спутникового мониторинга в микроволновом диапазоне // Тезисы докладов 5 Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». ИКИ РАН. Москва. 12-16 ноября 2007г. С.121.

д.ф.-м.н., в.н.с. Н.М. Астафьева, 333-21-45, ast@iki.rssi.ru

Работа выполнена при поддержке РФФИ в рамках проекта РФФИ N 06-05-64276.

 

2. Разработка методик научного анализа данных спутникового мониторинга (глобальных полей радиояркостной температуры) с целью изучения взаимосвязей между характеристиками системы океан – атмосфера на синоптических и климатических масштабах изменения (между погодой и климатом).

 

А. Разработаны методики для изучения влияния крупномасштабных квазистационарных элементов общей циркуляции атмосферы на движения синоптического масштаба, основанные на построении широтно–временных диаграмм по данным микроволнового спутникового мониторинга. В результате обнаружено влияние на один из важных элементов климатической системы планеты — полярный перенос влаги (и тепла) в атмосфере. Б. Начата разработка методик анализа глобальных радиотепловых полей планеты, основанная на теории динамических систем.

А. Широтно – временная диаграмма и кривая используются для изучения взаимосвязей между характеристиками системы океан – атмосфера на синоптических и климатических масштабах изменения. В диаграмме последовательно ото дня ко дню собирается информация (над выбранной акваторией Мирового океана) об интегральном по долготе распределении радиояркостной температуры по широте. По диаграмме за год или несколько лет строится широтно – временная кривая.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На рисунке слева показана северная часть Атлантики с выделенными для построения широтно – временной диаграммы областями. Рисунок справа демонстрирует влияние квазистационарного центра действия, Азорского антициклона (местоположение отмечено звездочкой на рисунке слева), которое проявляется резким спадом на красной кривой — перенос влаги тропическими циклонами блокируется, их траектории отклоняются.

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогичную картину можно наблюдать и в атмосфере над акваторией северной части Тихого океана (показана на рисунке слева). Влияние Гавайского антициклона проявляется также резким спадом переноса влаги (розовая кривая).

Б. Климатическая система Земли формируется в результате сложных нелинейных взаимодействий взаимосвязанных геосфер планеты. От активности этих взаимодействий (процессов обмена теплом, моментом движения и веществом, влагой особенно) зависит общепланетарный круговорот энергии и вещества и, в итоге — та погода, с которой мы сталкиваемся каждый день. Сложные по структуре, но не обязательно хаотические процессы в системе океан – атмосфера охватывают огромный диапазон временных (и пространственных) масштабов. Логично ожидать, что процессы адекватно описываются не одной динамической системой (хаотической или нехаотической), а иерархией динамических систем. С этим хорошо согласуются особенности процесса тропической зоны ЮКЭН (Южное Колебание — Эль–Ниньо), обнаруженные автором ранее: ЮКЭН может быть композицией стохастической и ряда регулярных компонент.

Разрабатываемые методики анализа основаны на математическом аппарате вейвлет–преобразования и идеях теории нелинейных динамических систем (например, скейлинговые характеристики процессов помогают отличить странный нехаотический аттрактор от квазипериодичности). Особое внимание уделялось изучению структуры спутниковых данных. Хорошее пространственно–временное разрешение (25–50 км по поверхности, 2 полных поля в сутки) делает поля, сформированной электронной коллекции глобальных радиотепловых полей планеты GLOBAL–Field, пригодными для анализа термодинамических атмосферных процессов в диапазонах масштабов от суток до 10 лет и от сотни километров до планетарных, т.е. в контексте синоптических и климатических исследований.

 

На рисунке показано изменение радиояркостной температуры (7 лет) и соответствующая картина коэффициен-тов вейвлет–преобразования, которые далее используются для построения аттрактора на разных временных масштабах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примеры аттракторов, построенных по коэффициентам вейвлет–преобразования на некоторых временных масштабах, демонстрируют (слева направо) чисто периодическое поведение процесса на годовом масштабе, слегка усложняющееся и становящееся квазигармоническим вблизи полугода, включение колебаний порядка месяца сильно усложняет траекторию, а при включении синоптических колебаний качественно меняется характер процесса.

 

Астафьева Н.М., Раев М.Д., Шарков Е.А. Изучение полярного переноса в атмосфере Земли методами дистанционного зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007, вып. 4, том II, С. 27-32.

Хайруллина Г.Р., Астафьева Н.М. Построение «диаграммы переноса» для изучения полярного переноса влаги в атмосфере над МО по данным спутникового мониторинга // Тезисы докладов 5 Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». ИКИ РАН. Москва. 12-16 ноября 2007г. С. 145.

Хайруллина Г.Р. Изучение характеристик полярного переноса влаги в атмосфере над МО по данным спутникового мониторинга // Труды 50 научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук. Часть YIII. Проблемы современной физики». Москва. Долгопрудный. 2007г. С. 122-123.

Хайруллина Г.Р., Астафьева Н.М. Характерные особенности полярного переноса в атмосфере над МО по данным спутникового мониторинга // Тезисы докладов 51 научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук». Долгопрудный. ИКИ РАН. Москва. 30 ноября 2007г. С. хх.

Астафьева Н.М. Свойства климатического аттрактора по данным спутникового мониторинга и палеореконструкций // Тезисы докладов 5 Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». ИКИ РАН. Москва. 12-16 ноября 2007г. С. 120.

Астафьева Н.М. Некоторые свойства климатического аттрактора на основе данных палеореконструкций, инструментальных и спутникового мониторинга // Тезисы докладов 8 Международной конференции «Хаотические автоколебания и образование структур» (ХАОС’2007). Саратов. 9-14 октября 2007г. С. 17.

д.ф.-м.н., в.н.с. Н.М. Астафьева, 333-21-45, ast@iki.rssi.ru

Работа выполнена при поддержке РФФИ в рамках проекта РФФИ N 06-05-64276.

 

3. Исследование генерации зонального ветра в горизонтально бароклинной атмосфере. Изучение эволюции структур зонального ветра и турбулентных спектров волн Россби в такой атмосфере. Построение теории и интерпретация наблюдаемых структур зонального ветра и планетарных волн на основе спутникового мониторинга атмосферы Земли.

 

Исследуется динамика взаимодействия волн Россби с зональным ветром в турбулентной баротропной атмосфере в предположении, что волны Россби описываются уравнением Чарни — Обухова. Основное внимание уделено развитию теории генерации меандров, трансформирующихся в циклоны и антициклоны, в поле зональных ветров и интерпретации наблюдаемых структур на основе спутникового мониторинга атмосферы Земли в рамках программы DMSP (с использованием радиотепловых полей из электронной коллекции отдела 55 ИКИ GLOBAL-Field (http://www.iki.rssi.ru/asp/ ).

Одной из основных задач физики атмосферы и океана является описание циркуляции атмосферы, определяющей погоду и климат обширных регионов. Несмотря на особое внимание исследователей, эта проблема остается актуальной. Циркуляция земной атмосферы и океана, усредненная по большим пространственным и временным масштабам, характеризуется синоптическими вихрями в виде волн Россби (циклонов и антициклонов), а также тесно связанными с ними зональными ветрами (течениями). Характерные горизонтальные масштабы синоптического движения существенно превышают высоту атмосферы или глубину океана. Это дает возможность описывать синоптическое движение как волны в так называемом приближении b- плоскости.

Не менее важными элементами циркуляции атмосферы, влияющими на погоду наряду с синоптическими вихрями, являются зональные ветры (или зональные течения в океане) — квазистационарные потоки в азимутальном направлении (восток–запад). С существованием сдвиговых зональных ветров в атмосфере или течений в океане связан механизм генерации фронтальных синоптических вихрей.

Проведенные исследования были направлены на развитие теории генерации меандров, трансформирующихся в циклоны и антициклоны, в поле зональных ветров и интерпретации наблюдаемых структур на основе спутникового мониторинга атмосферы Земли. Возмущения планетарного масштаба (волны Россби) в баротропной атмосфере с зональным ветром — стационарным сдвиговым течением вдоль оси x со скоростью V(y) и с учетом эффектов вязкости описываются уравнением Орра–Зоммерфельда. Выполнение равенства

в некоторой точке  в потоке является необходимым условием неустойчивости [Линь Цзя-Цзяо]. Здесь

, ,

R — радиус планеты, b — слабое изменение параметра Кориолиса  (удвоенная проекция угловой скорости на локальную вертикаль) в меридиональном направлении.

Обычно, в земной атмосфере b значительно больше величины  в крупномасштабных зональных потоках, и, таким образом, зональный ветер большую часть времени устойчив. На широте 46°с.ш. в январе  и  в июле. Эти значения существенно меньше величины . Однако, эпизодически возникают возмущения зонального ветра (wave-breaking event) такие, что в некотором слое  выполняется условие , что является причиной неустойчивости в течение некоторого времени, после чего зональный ветер перестраивается и снова становится устойчивым.

Выполнение неравенства

является достаточным условием неустойчивости.

 

В результате могут быть получены решения в виде зонального потока, содержащего вихревую дорожку с одинаковым (а) или чередующимся (b) направлением циркуляции. Пример таких вихревых дорожек в зональном потоке показан на рисунке слева.

 

 

 

Развитие возмущений в пространстве и времени приводит к генерации в сдвиговом потоке меандров.

 

 

 

 

 

 

Спутниковые наблюдения показывают, что в приэкваториальной области, где существуют зональные ветры и где достаточно долго выполняется необходимое условие неустойчивости, эффективно генерируются цепочки циклонических вихрей из которых в дальнейшем могут рождаться тайфуны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На фрагментах радиотеплового поля из электронной коллекции отдела 55 ИКИ GLOBAL-Field (http://www.iki.rssi.ru/asp/ ) показана северная часть Тихого океана, над приэкваториальной частью акватории которого продвигается в зональном потоке цепочка из 4 – 5 вихрей.

 

Онищенко О.Г., Похотелов О.А., Астафьева Н.М. Планетарные волны в атмосфере. Обзор // Москва, Препринт № 2129, ИКИ РАН, 2007. 32 С.

Онищенко О.Г., Похотелов О.А., Астафьева Н.М. Планетарные волны и зональные ветры в атмосферах планет. Обзор подготовлен для публикации в УФН.

Онищенко О.Г., Астафьева Н.М. Структура и эволюция цепочек вихрей синоптического масштаба, формирующихся в зональном ветре в атмосфере Земли // Тезисы докладов 5 Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». ИКИ РАН. Москва. 12-16 ноября 2007г. С. 138.

д.ф.-м.н., в.н.с. Онищенко О.Г., 333-10-23. oleg_onishchenko@bk.ru

д.ф.-м.н., в.н.с. Н.М. Астафьева, 333-21-45, ast@iki.rssi.ru

Работа выполнена при поддержке РФФИ в рамках проекта РФФИ N 06-05-64276 и Программы фундаментальных исследований РАН (ОФН-16).

 

4. Подготовка, формирование и выпуск инициативного издательского проекта «Тропические циклоны и тропические возмущения Мирового океана: хронология и эволюция. Версия 3.1 (1983-2005)» И.В. Покровская, Е.А. Шарков. Проект представляет собой наиболее полную и нестандартную геоинформационную систему «Геоинформ-ТЦ» (печатная версия) хронологических, геофизических и метеорологических наблюдательных (in-situ и спутниковых) данных глобального тропического циклогенеза в акватории Мирового океана за период 1983–2005гг.

В мае 2007г. вышла в печать наиболее полная двуязычная версия хронологических, геофизических и метеорологических наблюдательных данных для глобального тропического циклогенеза в акватории Мирового океана за период 1983–2005гг.:

Покровская И.В., Шарков Е.А.

Тропические циклоны и тропические возмущения Мирового океана: хронология и эволюция. Версия 3.1 (1983–2005). Полиграф-сервис, Москва, 2007. 728с. ISBN 5-86388-147-1.

 

 

Настоящая книга является существенно дополненным и переработанным вариантом предыдущего издания авторов, вышедшего из печати в 2001г. Основная особенность настоящей книги состоит в детальном эволюционном описании всех структурных элементов глобального тропического циклогенеза и региональных циклогенезов на основе единого подхода, предложенного и развитого авторами.

Книга состоит из двух частей. В Части I авторы дают описание современных методов получения, сбора, систематизации, классификации и хранения данных для тропических возмущений. Представлены основные принципы построения и формирования структуры электронной базы данных “Глобал-ТЦ”. Приведены основные характеристики хронологических каталогов и эволюционного и геофизического блоков этой базы данных. Часть II (представленная в книге в табличной форме) состоит из хронологические каталоги и эволюционной базы данных тропических циклонов (для 1983–1999гг.) и тропических возмущений (для 1997–2005гг.) для всех активных акваторий Мирового океана.

Все каталоги и база данных представлены в строго временной последовательности. Настоящие детальные хронологические каталоги и эволюционная база данных, составляюшие геоинформационную систему “Геоинформ-ТЦ”, принципиально отличаются от архивов первичных данных, представленных на сайтах системы Internet, а также распространяемых в средствах массовой информации (США),

  • выполнением детального критического и системного анализа первичной информации,
  • использованием единой идеологии при формировании каталогов и базы данных,
  • а также представлением необходимой выходной информации в форме, специально приспособленной для выполнения научно-исследовательских работ.

В конце базы данных помещены иллюстрации траекторий ТЦ, которые отражают наиболее характерные особенности перемещений ТЦ в каждой из циклоногенерирующих акваторий Мирового океана.

Издание подготовлено в двуязычной форме.

 

Покровская И.В., Шарков Е.А. Тропические циклоны и тропические возмущения Мирового океана: хронология и эволюция. Версия 3.1 (1983–2005). Полиграф-сервис, Москва, 2007. 728с. ISBN 5-86388-147-1.

глав. спец. Покровская И.В., 333-13-66

д.ф.-м.н., зав. отделом Е.А. Шарков, 333-13-66, easharkov@iki.rssi.ru

 

5. Оценка влияния воздействия атмосферных катастрофических вихрей, типа тропического циклона, на термическое и электрофизическое состояние нижней экваториальной ионосферы с использованием данных ракетного зондирования слоя D со специального ракетного полигона «Тумба» (Индия), расположенного в области действия тропических циклонов в Тихом и Индийском океанах, наблюдения за которыми, в свою очередь, проводились по данным спутникового зондирования.

 

Обнаружено, что наличие тропических циклонов усиливает воздействие солнечной активности на область D на высотах от 65 до 80 км в дневных условиях. Этот эффект не зависит от мощности самого циклона и его удаленности (в пределах 8000 км) по горизонтали.

Для оценки влияния воздействия атмосферных катастрофических вихрей, типа тропического циклона (ТЦ), на термическое и электрофизическое состояние нижней экваториальной ионосферы проведено сравнение поведения главного ионосферного параметра, электронной концентрации [e], в дни без тропических циклонов и в дни с ТЦ. Использовались данные ракетного зондирования слоя D со специального ракетного полигона «Тумба» (Индия), расположенного в области действия тропических циклонов в Тихом и Индийском океанах. А также результаты спутникового зондирования, из которых выбирались данные наблюдения за теми же ТЦ.

На рисунках представленных ниже показана зависимость электронной концентрации [e] на заданной высоте (60, 65, 68, 70, 72, 75 км, слева направо и сверху вниз, соответственно) от солнечной активности F. На рисунках дни с тропическими циклонами помечены звездочками. Цифра около звездочки дает информацию о ТЦ, который (или которые) предшествовал ракетному измерению. Дни без ТЦ представлены кружками. Также на рисунках помечены: h — высота измерения электронной концентрации, Rtc([e],F) — коэффициент корреляции между [e] и F в дни с ТЦ, Rq([e],F) — коэффициент корреляции между [e] и F в дни без ТЦ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На представленных рисунках показаны также построенные линейные аппроксимации [e] в зависимости от индекса F для данных обеих групп — «без ТЦ» (сплошная линия) и «с ТЦ» (пунктирная линия). При построении линий аппроксимации были использованы только те данных о параметре [e], которые были получены при значениях индекса F<175. Этот шаг объясняется следующим: во-первых, мы имели в наличии данные (без ТЦ) только при значении индекса F<175; во-вторых, как видно из рисунков, при значениях индекса F≥175 электронная концентрация прекращает свой рост с увеличением солнечной активности. Поэтому, в целях корректного сравнения зависимостей электронной концентрации от солнечной активности для обеих групп точек мы и обрезали  группу «с ТЦ», взяв в рассмотрение только те данные о параметре [e], которые были получены при F<175.

Таким образом, на основе сравнения поведения главного ионосферного параметра в дни без тропических циклонов и в дни с ТЦ получено, что наибольшего различия [e] достигает на высотах около 70 км, а именно, влияние ТЦ уменьшает значение [e]. Также, на основе приведенных выше статистических результатов, мы приходим к новым двум выводам. Во-первых, наличие ТЦ усиливает воздействие солнечной активности на область D на высотах от 65 до 80 км в дневных условиях. Во-вторых, влияние тропических циклонов на нижнюю экваториальную ионосферу не зависит от мощности самого циклона и его удаленности (в пределах 8000 км) по горизонтали. То есть тропический циклон является неким «пусковым механизмом» влияния на нижнюю ионосферу. Именно эти выводы еще раз подтверждают основную мысль о том, что ТЦ является «поставщик» ВГВ, влияние которых затухает на высоте мезопаузы. Вопрос о том, почему влияние солнечной активности несколько усиливается при наличии ТЦ, мы оставим для будущих рассмотрений.

 

Ванина-Дарт Л.Б., Шарков Е.А., Покровская И.В. Взаимодействие нижней экваториальной ионосферы с тропическими циклонами на фоне изменения солнечной активности: Препринт.Пр-2135. М.: ИКИ РАН,  2007.

Ванина-Дарт Л.Б., Шарков Е.А., Покровская И.В. Влияние солнечной активности на отклик экваториальной нижней ионосферы на тропосферные катастрофы// Исследование Земли из космоса, № 6, 2007.

Vanina-Dart L.B., Sharkov E.A., Pokrovskaya I.V. Tropical cyclone as the new possible source of gravity waves through Atmosphere-Ionosphere system // Abstracts, IHY2007-NISTP, November 5-11, 2007, Zvenigorod, Moscow region, Russia, P.129

Ванина-Дарт Л.Б., 333-13-66

д.ф.-м.н., Е.А. Шарков, 333-13-66, easharkov@iki.rssi.ru

 

6. Изучение региональных и спектральных особенностей тропического циклогенеза на основе анализа характеристик из баз данных по тропическому циклогенезу. Сопоставление с некоторыми природными явлениями (землетрясения, событиями в подсолнечной точке и др.). Пополнение комплексной базы гелио- и  геофизических данных данными 2006 года.

 

Проводилась подготовка к включению в имеющуюся базу экспериментальных данных по тропическому циклогенезу (БДТЦ), содержащую информацию за 22 года (с 1983 по 2004гг) данными за 2005–2006гг. Программный блок для встраивания в программы автоматизированного совместного анализа комплексных данных для осуществления автоматической привязки солнечно–геомагнитных индексов дополнен индексами Dst, номером цикла вращения Солнца и номером дня в цикле.

Созданная ранее база данных ионосферных параметров, основанная на использовании IIWG-файлов (International Union of Radio Science (URSI), Ionospheric Informatic Working Group (IIWG), Data Exchange Format) и разработанное программное обеспечение для совместного анализа тропического циклогенеза, ионосферных данных зондирования и солнечно–геофизических параметров, было применено для анализа эффектов в ионосфере (слоев F1 и F2), возникающих при прохождении солнечного затмения 11 августа 1999г. При анализе использовался цифровой частный банк (GDB_D) гелио–геофизических индексов в виде одного бинарного файла и программный блок для встраивания в программы автоматизированного совместного анализа комплексных данных автоматической привязки солнечно–геомагнитных индексов.

Для дальнейшего исследования необходимо рассмотреть большее количество станций для этого и других затмений, а также необходимо увеличить количество анализируемых параметров.

Проводилась модернизация имеющегося программного обеспечения с целью облегчения и снижения временных затрат на модификацию имеющихся баз экспериментальных данных. Проводилась подготовка к включению в имеющуюся базу экспериментальных данных по тропическому циклогенезу (БДТЦ) данными за 2006г. Проводилась подготовка к анализу возможной связи тропического циклогенеза с такими природными явлениями, как землетрясения и событиями в подсолнечной точке.

 

к.ф.-м.н., с.н.с. Афонин В.В., 333-10-23. vafonin@iki.rssi.ru

д.ф.-м.н., зав. отделом Е.А. Шарков, 333-13-66, easharkov@iki.rssi.ru

Работа по подтеме велась при поддержке гранта РФФИ № 03-05-64143.

 

7. Формирование научной базы данных за 2007г. глобального тропического циклогенеза на основе специального препроцессинга исходных «сырых» данных в контексте задач изучения изменчивости климатических параметров планеты.

 

Сформирована научная база данных глобального тропического циклогенеза за 2007 год на основе специального препроцессинга исходных «сырых» данных.

Блок базы данных за 2007 год сформирован на основе ежесуточной информации, полученной по каналам Internet с сайта Астрономической обсерватории Гавайского университета (URL http://www.solar.ifa.hawaii.edu/), где поступающая первичная информация из JTWC (Флорида) и региональных метеоцентров (Токио, Майами, Нью-Дели, Дарвин, о. Фиджи, о. Реюньон и др.) суммировалась и поступала  в систему Internet в виде ежедневных пакетов данных. Этот блок информации обладает существенно большей полнотой описания событий, происходящих в тропической зоне Мирового океана, чем информация за 1983–1996 годы.

Более полная информация о качестве поступающей информации и ее недостатках, а также о разработанных авторами методиках предварительной обработки информации представлена в отчете прошлого года.

 

глав. спец. Покровская И.В., 333-13-66

д.ф.-м.н., зав. отделом Е.А. Шарков, 333-13-66, easharkov@iki.rssi.ru

Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных исследований РАН (ОФН-14).

 

8. Пополнение архива данных микроволнового зондирования системы океан - атмосфера, созданного на основе космического мониторинга в рамках программы DMSP, в контексте задач исследования вариаций климата планеты и атмосферных катастроф.

 

Сформированный ранее архив данных микроволнового зондирования планеты за 1999–2005гг пополнен данными 2006г.

В отделе 55 создан архив данных микроволнового дистанционного зондирования, полученных в результате спутникового мониторинга планеты в рамках программы Defence Meteorological Satellite Program (DMSP) системой спутников F10 – F15 с радиометрическими приборами SSM/I (Special Sensor Microwave / Imager) на борту. Семиканальные четырехчастотные СВЧ- радиометрические комплексы SSM/I принимают линейно поляризованное излучение на частотах 19,35; 22,24; 37,0 и 85,5 ГГц. Общий объем накопленных данных превышает 150 Gb.

Архив постоянно пополняется и используется для построения глобальных радиотепловых полей планеты.

 

к.ф.-м.н., зав. лаб. М.Д. Раев, 333-43-01, mraev@iki.rssi.ru

Работа выполнена при поддержке РФФИ в рамках проекта N 06-05-64276.

 

9. Разработка комплексных методик для обработки данных спутникового мониторинга (глобальных радиотепловых полей) с целью изучения зональных потоков и планетарных волн в атмосфере Земли.

 

Продолжалась разработка комплексных методик обработки многолетних данных многоканального радиотеплового зондирования Земли приборами SSM-I, предназначенных для изучения термодинамических процессов в системе океан–атмосфера.

Согласно современным представлениям, основанным на спутниковых наблюдениях, существует тесная связь тропического циклогенеза с крупномасштабной динамикой атмосферы: структурой и устойчивостью крупномасштабных атмосферных движений, характерных для тропических широт. Это области с сильным муссонным ветром с неоднородным профилем скорости, муссонные ветры разного направления и генерация волн (вихрей) Россби крупномасштабными зональными ветрами. Часто, на начальной стадии формирования тропических циклонов наблюдается не уединенный вихрь, а цепочка вихрей синоптического масштаба с одинаковым или чередующимся (циклоническим и антициклоническим) направлением циркуляции. Для изучения тонкой структуры и устойчивости сдвиговых течений в тропической атмосфере, соответствующих описанной ситуации, необходимо достаточно подробное поле завихренности (с хорошим временным и пространственным разрешением).

Методики, которые позволят получить поля завихренности в отдельных регионах тропической зоны на основе глобальных радиотепловых полей Земли из электронной коллекции GLOBAL–Field, созданной в отделе 55 ИКИ по данным микроволнового спутникового мониторинга в рамках программы DMSP, находятся в процессе разработки. Методики будут использованы, в частности, для изучения устойчивости зональных потоков в атмосфере Земли.

 

Онищенко О.Г., Астафьева Н.М. Структура и эволюция цепочек вихрей синоптического масштаба, формирующихся в зональном ветре в атмосфере Земли // Тезисы докладов 5 Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». ИКИ РАН. Москва. 12-16 ноября 2007г. С. 138.

д.ф.-м.н., в.н.с. Н.М. Астафьева, 333-21-45, ast@iki.rssi.ru

Работа выполнена при поддержке РФФИ в рамках проекта N 06-05-64276.

 

10. Микроволновые методы исследования гетерогенной среды, содержащей рудные минералы. Экспериментальное исследование спектральной зависимости коэффициентов пропускания и отражения образцов рудных и нерудных минералов в диапазоне частот 12-300 ГГц; разработка метода определения качества горной породы из спектральных измерений коэффициентов пропускания и отражения образца породы.

 

Разработан метод определения диэлектрических свойств рудных и нерудных минералов в микроволновом диапазоне электромагнитных волн. Получены спектральные зависимости отражательной и пропускательной способности плоскопараллельных образцов рудных и нерудных минералов (халькопирита, магнетита, сфалерита, пирита, гематита, ильменита, лабрадора и т.п.) в диапазоне частот 12 - 300 ГГц. Предложен метод расчета комплексной диэлектрической проницаемости минералов из полученных экспериментальных данных. Получены аппроксимационные выражения для расчета комплексной диэлектрической проницаемости исследуемых минералов.

Исследование диэлектрических свойств рудных минералов в микроволновом диапазоне является технически сложным из-за сильного поглощения электромагнитного излучения в среде; а также потому, что размеры кристаллов минералов, как правило, меньше или сравнимы с длинной волны излучения (~ 0.1 см), вследствие чего получить мономинеральный образец практически невозможно.

Диэлектрические характеристики многих природных минералов, изучены крайне слабо. Отсутствие этих данных создает проблему при моделировании взаимодействия электромагнитного излучения со многими природными средами, такими как почвы, грунты и горные породы. Это, в свою очередь, создает трудности при интерпретации данных радиометрии и радиолокации поверхности Земли и планет.

Действительная  и мнимая  часть комплексной диэлектрической проницаемости  вещества не поддается прямому измерению, а может быть определена лишь по измеряемым величинам (например, отражательной R и пропускательной T способности) путем привлечения соответствующей теории.

Исследовались следующие минералы: халькопирит (медный колчедан) CuFeS2, сфалерит (цинковая обманка) ZnS, магнетит (магнитный железняк) Fe3O4 и другие рудные минералы, а также типичный представитель несущей породы лабрадор — изоморфная смесь альбита Na[AlSi3O8] и анортита Ca[Al2Si2O8]. Рудные минералы магнетит, сфалерит, халькопирит являются основной рудой при добыче железа, цинка и меди, соответственно. Лабрадор относится к классу силикатов, группе полевых шпатов, серии плагиоклазов. Вследствие того, что в лабрадоре содержится большое количество металла, он должен так же поглощать электромагнитное излучение, как и рудные минералы.

Средний размер всех образцов минералов составлял 20×20×20 мм. Необходимо отметить, что у данных минералов кристаллы таких размеров в природе практически не встречаются. Образцы минералов не являлись мономинеральными кристаллами, а представляли собой сростки кристаллов одного минерала. Количество примесей, в основном нерудных минералов, составляло не более 10 %.

Спектральные измерения отражательной и пропускательной способности образцов минералов проводились на измерительных стендах. В низкочастотной части микроволнового диапазона (12 – 38 ГГц) измерения проводились на панорамном измерителе коэффициента стоячей волны и ослабления. Измерения отражательной и пропускательной способности, образцов в диапазоне частот 77-300 ГГц, проводились на спектрометре, собранном на лампах обратной волны (ЛОВ – спектрометре).

Результаты спектральных измерений R и T образца одного из минералов (сфалерит) представлены на рис. 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Частотная зависимость отражательной (слева) и пропускательной (справа) способности сфалерита.

 

Действительная и мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости слоя минерала , определялась путем решения следующей системы уравнений:

                                                              (1)

где:

                                                  (2)

где , , h – толщина слоя, l – длина волны излучения,  – комплексный показатель преломления вещества, который можно связать с комплексной диэлектрической проницаемостью следующими выражениями:

 

                             (3)

 

Система уравнений (1) не поддается аналитическому решению, и ее приходилось решать численно. Решение проводилось путем минимизации целевой функции методом Розенброка. Найденные значения  и  были аппроксимированы гладкими функциями от частоты излучения, которые могут быть использованы для вычисления комплексной диэлектрической проницаемости  минералов в диапазоне частот 12-38 ГГц и 77-300 ГГц.

Подана заявка, совместно с УНРЦ МПГУ, в РФФИ на 2008-2010 гг. – «Исследование электродинамических свойств влажных дисперсных сред в микроволновом диапазоне». Руководитель: ст.н.с. к.ф.-м.н. В.В.Тихонов ИКИ РАН.

 

О.Н. Полякова, В.В. Тихонов, А.П. Мельников, Д.А. Боярский. Экспериментальные исследования диэлектрических свойств рудных минералов в микроволновом диапазоне. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Сборник научных статей. М.: Азбука, 2007, Выпуск 4, том II, с. 147-155.

Polyakova O.N., Tikhonov V.V., Boyarskii D.A. Researches Radiophysical and Dielectric Behaviors of Ore Minerals in the Microwave Range. // Proceeding of IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, July 23-27, 2007, Barcelona. 3 p.

V.V. Tikhonov, D.A. Boyarskii, and O.N. Polyakova. Dielectric Properties of Ore Minerals in Microwave Range. Progress In Electromagnetics Research Symposium 2007. Abstracts, Prague, Czech Republic, August 27-30. p. 277.

ст.н.с. к.ф.-м.н. В.В.Тихонов, 333-31-00, vtikhonov@asp.iki.rssi.ru

ст.н.с. к.ф.-м.н. Д.А.Боярский, 333-31-00, dmitri.boyarskii@asp.iki.rssi.ru

 

11. Определение пространственной структуры снегозапасов из данных микроволновой спутниковой радиометрии и по наземным измерениям в природных зонах России. Накопление данных радиояркостной температуры снежного покрова, полученные со спутников F10-15 программы DMSP; верификация по наземным данным авторской модели взаимодействия микроволнового излучения со снежным покровом; исследование пространственной структуры толщины снежного покрова и его водного эквивалента для конкретных ландшафтных комплексов на территории России.

 

Оценены сезонные колебания температуры воздуха в моменты установления и разрушения снежного покрова осенью и весной. Для севера Европы проведен анализ пространственно-временных изменений продолжительности залегания снежного покрова. С целью уточнения вариабельности состояния поверхности при анализе данных космических наблюдений выявлены особенности сезонных вариаций снегозапасов в условиях региональной изменчивости климата. Проведена сравнительная характеристика пространственно-временной изменчивости модельных, спутниковых и наземных данных для ключевых участков Северной Евразии – Северной Европы (Скандинавия и северная часть Восточно-Европейской равнины) и полуострова Ямал. Оценено сходство полей спутниковых радиояркостных температур разных диапазонов, приземной фактической температуры воздуха и высоты снежного покрова.

Продолжено накопление данных микроволнового дистанционного зондирования поверхности Земли, предоставленных The Global Hydrology Resource Center (NASA). Данные получены системой спутников F13-F15, работающих в рамках программы Defence Meteorological Satellite Program (DMSP). К настоящему времени накоплены данные до 2005 года и, частично, 2006 года. Объем данных за 2005 год – 20 Гб (в формате *.tar). Общий объем накопленных данных за 1995–2005 гг. превышает 140 Гб (в архивированном виде). Эти данные служат основой для проведения комплексных исследований временной изменчивости радиояркостных температур исследуемых областей. Разработаны алгоритмы, и программы для проведения временного анализа радиотепловых полей в отдельно выбранных регионах, сопоставление которых с временными рядами контактных наблюдений, получаемых метеопостами, позволяет детально проанализировать и выявить особенности пространственно-временной изменчивости залегания снежного покрова в отдельных регионах, в том числе для Восточно-Европейской равнины и Сибири.

Многолетние колебания площади снежного покрова напрямую связаны с изменениями климата, а также влияют на колебания приземной температуры воздуха через положительную обратную связь c альбедо. На региональном уровне колебания температуры воздуха в связи с изменением альбедо поверхности должны быть наиболее заметны в моменты установления снежного покрова осенью и его схода весной. Соответствующие результаты были получены нами ранее для условий различных типов растительности юга Западной Сибири — от полупустыни до тайги. Разница амплитуды температурных колебаний здесь зависит, как от изменения площади покрытия территории снежным покровом (рис.1), так, в значительной степени, и от локальных различий альбедо растительных сообществ. Учет таких особенностей изменений приземной температуры воздуха должны учитываться при оценке состояния снежного покрова посредством анализа спутниковых данных по радиояркостным температурам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Сезонные отклонения температуры воздуха при установлении снежного покрова в южной части Западной Сибири. Здесь Т — ход среднемноголетней температура воздуха осеннего периода и ее тренд; SD — степень покрытия территории снежным покровом.

 

Особенности обратных связей изменений снежного покрова и метеорологического режима должны существенно различаться в связи с региональными особенностями подстилающей поверхности и климата. Для оценки таких различий были продолжены исследования влияния снежного покрова на динамику приземной температуры воздуха – в данном случае для Северной Европы в пределах Скандинавского полуострова и северной части Восточно-Европейской равнины. В ходе исследований количественно оценены сезонные колебания температуры воздуха в моменты установления и разрушения снежного покрова осенью и весной.

С целью уточнения вариабельности состояния поверхности при анализе данных космических наблюдений выявлены особенности сезонных вариаций снегозапасов в условиях региональной изменчивости климата. Выявлено, что общий многолетний рост снегозапасов Северной Евразии, происходящий на фоне повышения температур, определяется в настоящее время существенным приростом снега в январе при уменьшении ввиду потепления накопления снегозапасов в осенние месяцы. Увеличение прироста снегозапасов в январе происходит также на фоне уменьшения отрицательного прироста температуры воздуха, что не влияет в данный момент времени на рост снегозапасов ввиду низких абсолютных температур.

Сравнительная характеристика пространственно-временной изменчивости модельных, спутниковых и наземных данных проведена для ключевых участков Северной Евразии - Северной Европы (Скандинавия и северная часть Восточно-Европейской равнины) и полуострова Ямал. Оценено сходство полей спутниковых радиояркостных температур разных диапазонов, приземной фактической температуры воздуха и высоты снежного покрова. Выявлено и параметризовано, в частности, усиление сходства рассматриваемых полей параметров с юга к северу.

 

В.В. Тихонов, Л.М. Китаев, М.Д. Раев, Д.А. Боярский, Н.Ю. Комарова, Е.А. Черенкова. Региональные особенности взаимодействия микроволнового излучения со снежным покровом. Труды Международной конференции «Криогенные ресурсы полярных регионов». Салехард 17-20 июня 2007, том 1, ОНТИ Пущинского научного центра, 2007, с. 242-244.

ст.н.с. к.ф.-м.н. Д.А.Боярский, 333-31-00, dmitri.boyarskii@asp.iki.rssi.ru

ст.н.с. к.ф.-м.н. В.В.Тихонов, 333-31-00, vtikhonov@asp.iki.rssi.ru

Работа выполнена при поддержке РФФИ в рамках проекта N 06-05-65195.

 

12. Оценка физических процессов и законов, лежащих в основе политических инициатив, осуществление которых может прямо или косвенно привести к воздействию на климат.

 

Основная политическая инициатива последнего времени, связанная с климатом, принадлежит Рамочной конвенции ООН 1992 года по изменению климата. Она была сформулирована так: «Стабилизация концентрации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который препятствовал бы антропогенному взаимодействию с климатической системой».

Предложенный для этих целей Киотский протокол, как стало совершенно очевидным к настоящему времени, оказался неподходящим инструментом для решения поставленной задачи: коллектив стран-участниц протокола (куда не вошли, например, США, Австралия, Индия и Китай) взялся за небольшую часть крупной проблемы и в результате утратил доверие и поддержку в ходе своей деятельности. Ключевым вопросом стал сейчас выбор, чем заменить Киотский протокол, не дожидаясь 2012 года — формального срока завершения его полномочий. Переговоры на тему того, каким должен оказаться преемник Киото после 2012 года, прошли на конференции ООН по изменению климата в Найроби прошлой осенью, но окончились безрезультатно. Следующая конференция пройдет в декабре 2007 года на острове Бали в Индонезии.

Основные идеи развития сотрудничества по борьбе с изменением климата были высказаны в докладе, подготовленном в рамках английского министерства финансов под руководством бывшего экономиста Всемирного Банка Николаса Стерна и появившемся в ноябре 2006 года. Это один аспект программы будущих действий. Второй аспект, связанный с выработкой стратегии, зависит от современных представлений относительно состояния наук о климате и перспективах поведения климата в близком и более удаленном будущем (вплоть до конца XXI века). Ответом на этот вопрос отчасти может послужить появившейся в 2007 году Четвертый оценочный доклад межведомственной группы экспертов ООН по изменению климата (МГЭИК). Кстати, осенью 2007 года МГЭИК была награждена Нобелевской премией мира.

Некоторая осторожность при оценке эффективности этого доклада МГЭИК связана с двумя обстоятельствами. Во-первых, стремление продемонстрировать единодушие нескольких сотен экспертов со всего мира иногда приводит к тому, что отдельные острые противоречия, способные оказать влияние на ожидаемые важные выводы, отодвигаются в тень. Во-вторых, как показывают последние результаты, прогнозы еще нуждаются в уточнениях — их оценки даже на ближайшие сроки в ряде случаев заметно отличаются от наблюдаемых значений.

Ниже приведены основные детали этих двух важных документов.

1. В ноябре 2006 года был опубликован доклад «Экономика изменения климата», подготовленный под руководством бывшего ведущего экономиста Всемирного Банка  Николаса Стерна при поддержке министра финансов Великобритании Гарольда Брауна, занимающего сейчас пост премьер-министра. В докладе рассматриваются меры по организации преодоления последствий изменения климата. Основные заключения таковы.

  • Еще есть время для преодоления наихудших результатов глобального потепления, если предпринять сейчас активные действия.
  • Изменение климата может иметь очень серьезные последствия для роста и развития современного общества.
  • Затраты на стабилизацию климата значительны, но все же поддаются управлению, а задержка станет опасной и гораздо более дорогой.
  • Действия по борьбе с изменением климата требуется проводить во всех странах без необходимости перекрывать стремления к росту, как для богатых, так и для бедных стран.
  • Существует диапазон возможностей для ограничения выбросов парниковых газов, и требуются четкие политические действия для мотивации их поддержки.
  • Изменение климата требует международного реагирования, основанного на понимании всеми долгосрочных задач и согласии относительно рамок действий.

Представляют интерес и некоторые цифры, приведенные в докладе. Согласно оценкам, в случае полного бездействия ежегодные затраты и риски от изменения климата будут эквиваленты потере, как минимум, пяти процентов всеобщего национального продукта (ВНП) в настоящем и будущем времени. Но оценки могут подняться до 20% или выше, если учитывать более широкий круг рисков. Напротив, затраты на действия могут быть ограничены примерно одним процентом ВНП ежегодно. Риски наихудших воздействий от изменений климата могут значительно уменьшиться, если содержание парниковых газов в атмосфере удастся стабилизировать на уровне 450-550 миллионных долей (ppm). Речь идет об эффективном числе молекул всех парниковых газов с учетом их относительного воздействия (сведенном к количеству молекул углекислого газа), приходящихся на миллион молекул чистого сухого воздуха. Современный уровень составляет 430 ppm и ежегодно он растет более чем на 2 ppm. Уже сейчас будет очень трудно и дорого попытаться достигнуть стабилизации на уровне 450 ppm, а если мы задержимся, то может ускользнуть возможность стабилизироваться на уровне 500-550 ppm.

Даже при очень сильном внедрении возобновляемой энергии и других источников с низким потреблением углерода на долю ископаемого топлива может приходиться к 2050 году более 50% всей выделяемой энергии. Уголь будет сохранять свою важность во всем мире, в том числе и для быстро растущей экономики.

2. Тем временем, начиная с весны 2007 г. вплоть до конца ноября 2007 года, выходили в свет резюме, а затем и полные тексты докладов трех рабочих групп Межведомственной группы экспертов ООН по изменению климата (МГЭИК), которые образовали в итоге Четвертый оценочный доклад (доклады выходят в свет один раз в 5-6 лет), учитывающий научные результаты, которые были опубликованы до конца 2005 года. На последней сессии МГЭИК в ноябре 2007 года был утвержден т.н. синтезированный доклад (его называют «покетбуком» полного доклада), где собраны основные научные результаты, изложенные в докладах всех трех рабочих групп.

Основной результат заключается в повышении доверия к тому, что большинство из увеличений глобально усредненных температур вызвано наблюдаемым возрастанием концентраций парниковых газов. Невероятно, чтобы глобальное изменение климата за прошедшие 50 лет (широкое потепление атмосферы и океана, а также потери льда) можно было объяснить без наличия внешнего воздействия. Основным источником увеличения концентрации углекислого газа является использование ископаемого топлива и перемены в землепользовании. Антропогенное потепление и подъем уровня моря будут продолжаться веками, поскольку таковы характерные времена, типичные для сложных климатических процессов и обратных связей, даже если концентрации парниковых газов удастся стабилизировать.

Вскоре после появления доклада первой рабочей группы, где разбираются проблемы климатологии, журнал Science (317, 1505-1506, 14 сентября 2007 года) опубликовал статью ряда участников МГЭИК под названием «Пределы консенсуса», где обращается внимание на отдельные примеры сглаживания масштабов неопределенностей получаемых результатов.

Стремление к единодушию в докладах МГЭИК иногда может создать ошибочное впечатление у политиков. Но возникающее доверие к науке об изменении климата требует, чтобы политики понимали предельные возможности, которые могут оказаться отброшенными из рассмотрения в попытках добиться консенсуса. Чтобы избежать эффектов преждевременного консенсуса, авторы статьи указывают на ряд мер. Поскольку в памяти политиков остаются чаще всего численные данные, следует больше внимания уделять расширенному рассмотрению разных аспектов плохо понимаемого явления. Надо сделать более прозрачными отчеты об обсуждениях, где приводить взгляды всех членов группы. Наконец, правительствам следует определиться, насколько часто им потребуются полные оценки того или иного явления.

Значительную часть доклада первой рабочей группы МГЭИК занимает рассмотрение сценариев развития общества до конца XXI века и соответствующих прогнозов изменения важнейших климатических параметров — температуры, концентрации парниковых газов и уровня моря. В докладе рассмотрены 21 сценарий и соответствующие модели расчетов. Точности измерения температуры в каждом, например, составляют около одного градуса Цельсия, но в совокупности они покрывают диапазон около пяти градусов. Несомненно, со временем точность будет повышаться, но текущие неопределенности способны повлиять на выбор стратегии и на ее выполнение.

 

к.ф.-м.н., с.н.с. С.Н. Родионов, 333-43-02, Stan.Rodionov@asp.iki.rssi.ru

 

 

13. Разработка критериев, методов и технологии выявления климатически индуцированной динамики бореальных экосистем по данным спутниковых наблюдений.

 

Изменения климата вносят весомый вклад в динамику наземных экосистем, но часто их влияние достаточно сложно отделить от различных факторов, в том числе антропогенных, которые также оказывают воздействие на состояние растительности. К таким факторам, например, относятся техногенные загрязнения, изменения режимов землепользования, лесохозяйственная деятельность и др. Совместный анализ объективных данных о состоянии растительности, полученных на основе спутниковых наблюдений, данных долгосрочных метеорологических наблюдений, а также результатов моделирования региональных климатических изменений направлен на выявление взаимосвязей климатических изменений и состояния растительного покрова.

Решению этой задачи посвящен исследовательский проект Института космических исследований и Геофизического центра (ГЦ) Российской академии наук в сотрудничестве с Microsoft и Microsoft Research. Результаты проекта позволят получить дополнительную информацию для изучения последствий также человеческой деятельности и ее влияния на экосистемы, а также, возможно, построить долгосрочные прогнозы динамики экосистем в отдельных регионах, вызванных климатическими изменениями.

ГЦ РАН создает сверхбольшие базы данных по истории климата, в то же время ИКИ РАН разрабатывает методы дистанционного зондирования растительности. В связи со стремительным ростом объема данных появилась необходимость в больших вычислительных ресурсах и новых технологиях для их хранения и обработки. Параллельный вычислительный кластер из 12 узлов и программная платформа предоставлены Microsoft. В ходе реализации проекта планируется объединить обширные архивы спутниковых изображений и исторических данных (общим объемом порядка 10 Тбайт) о динамике растительности и климата на территории Северной Евразии для изучения их взаимосвязи.

В рамках проекта ГЦ РАН и ИКИ РАН развивают методы и создают инструментарий для совместного анализа климатических данных и информации о состоянии растительности, полученной на основе спутниковых наблюдений, проводят анализ состояния и динамики наземных экосистем в нескольких тестовых регионах России.

Разработана методика построения временных серий спутниковых данных SPOT-Vegetation с пространственным разрешением 1,15 км, очищенных от влияния мешающих факторов (аппаратные шумы, снежный и облачный покров).  Проведен анализ информативности нормализованного разностного индекса растительности (NDVI) и оптимизированного вегетационного индекса OVNI, минимизирующего влияние атмосферы и геометрических условий наблюдений поверхности. Проведена пространственная и временная фильтрация данных спутниковых наблюдений. Временные серии значений вегетационного индекса позволяют определить динамику фотосинтетической активности растительного покрова в течение вегетационного сезона, и, в частности, такие характеристики, как начало и продолжительность вегетационного сезона.

 
 
Разработан алгоритм оценки начала и длинны вегетационного периода.  Анализ данных о динамике значений вегетационного периода позволит получить сведения о тенденциях изменения состояния растительности в 1998-2007 гг.  Пример изображения значений длины вегетационного периода по данным прибора SPOT-Vegetation в 1999 году представлен на  рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0                                                                           28                   

Рис. 1 Пример оценки значений длины вегетационного периода (в декадах) по данным наблюдений прибором SPOT-Vegetation в 1999 году

 

Лупян Е., Барталев С., Жижин М. , Люцарев В. Проект СLIVT (Исследование влияние изменения регионального климата на наземные экосистемы) // Пятая Юбилейная Открытая Всероссийская конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» Москва, ИКИ РАН, 12-16 ноября 2007 г. Сборник тезисов конференции

 

 

Balzter, H., Gerard, F., Weedon, G., Grey, W., Combal, B., Bartholome, E., Bartalev, S. and Los, S., 2007, Coupling of vegetation growing season anomalies with hemispheric and regional scale climate patterns in Central and East Siberia, Journal of Climate 20:15, 3713–3729, doi: 10.1175/JCLI4226

 

к.т.н. Барталев С.А., отд.56, bartalev@902.iki.rssi.ru