WSibIso

  • Увеличить размер
  • Размер по умолчанию
  • Уменьшить размер
Главная О проекте WSibIso

О проекте WSibIso

       Экосистемы заболоченных территорий были основным источником атмосферного метана в период Голоцена. Современные заболоченные территорий субарктической Западной Сибири (55-70N, 55-90E), включая зону вечной мерзлоты, являются крупнейшим резервуаром как биологического, так и геологического метана, чувствительным к глобальному потеплению и изменениям окружающей среды. Фактическая роль нетронутых торфяников Западной Сибири в настоящее время не оценена количественно. В частности субарктические торфяники, которые широко представлены в Западной Сибири, представляют собой белое пятно в знаниях об углеродном обмене с атмосферой. Не вполне ясно до сих пор возмущение водного цикла из-за климатических изменений и то, как оно влияет на углеродный баланс в субарктических районах и в районах вечной мерзлоты. Вопрос о возможности взрывного выброса метана из резервуаров Западной Сибири является открытым. Следовательно, невозможно предсказать эффект от изменения климата, выражающийся через изменения показателей летней температуры, вечной мерзлоты и гидрологии, на углеродный баланс субарктических торфяников.

       Проект нацелен на проблемы климата в районах вечной мерзлоты и нетронутых торфяников Западной Сибири. Целью проекта является изучить углеродный и водный циклы в обозначенных регионах и спрогнозировать их изменения под влиянием глобального потепления. Важной особенностью этого является широкое использование информации, которая может быть получена из изотопического распределения как воды, так и углеродосодержащих газов (таких как CO2 и CH4) в атмосфере, на поверхности, в почве и растениях, и в вечной мерзлоте. Исследование будет основано на подходе, сочетающим наблюдение (с помощью, как наземных измерений, так и спутниковых данных) и моделирование, включая атмосферные и поверхностные модели, а также модель вечной мерзлоты, в которых учтены, или будут учтены, рассматриваемые изотопы. Наше исследование будет развиваться в трех дополняющих друг друга направлениях, которые представляют оптимальное использование изотопного подхода.

Касательно водного цикла, который находится в сердце климатической системы Земли, нас интересуют изотопомеры воды H218O и HD16O. Это давно используемые инструменты в науке о климате, которые в основном применяются в палеоклиматических исследованиях и гидрологии поверхности. Однако, новые подходы, дистанционное зондирование и метод приземных измерений, теперь предлагают совершенно новые возможности для зондирования атмосферы, в то время как недавно разработанные инфракрасные спектрометры позволяют производить непрерывные измерения содержания H218O и HD16O в водяном паре. Проект строится на этом важнейшем технологическом прогрессе и предлагает систематический анализ новой информации с точки зрения важных климатических параметров над областью нетронутых торфяников и вечной мерзлоты Западной Сибири. Для этой цели будут объединены данные об изотопном составе пара, полученные методами поверхностных измерений, наземного зондирования и спутникового дистанционного зондирования, с результатами, полученными при использовании последней версии модели глобальной циркуляции с учетом изотопомеров воды. Это должно помочь оценить региональный запас изотопомеров воды и получить знания о процессах испарения и их сезонных характеристиках.

Касательно углеродного цикла, данные нового поколения гипер-спектральных спутниковых сенсоров, объединенные с данными нескольких точек наземного дистанционного зондирования и прямых измерений будут использованы для определения концентрации метана и двуокиси углерода, включая их изотопомеры в атмосфере. Спутниковые данные будут получены с таких сенсоров, как действующие на орбите Земли французский IASI на борту METOP-A, японский TANSO-FTS на спутнике GOSAT (Greenhouse gases Observing SATellite), американский AIRS на спутнике AQUA, TES на спутнике AURA и будущих OCO-2 (Orbiting Carbon Observatory) и IASI на борту METOP-B. Этот комбинированный подход будет разработан с целью оценки годового углеродного баланса субарктических районов и нетронутых торфяников Западной Сибири, а так же для оценки природных и антропогенных вкладов содержания углеродсодержащих парниковых газов в атмосфере. Для валидации методов и результатов, полученных путем спутникового зондирования, будут использованы наблюдения, полученные методом наземной ИК Фурье-спектрометрии (на спектрометре типа Bruker Optics IFS125M, установленного на Уральской Атмосферной Фурье-Станции (УАФС) в Коуровской астрономической обсерватории УрФУ). Предложенные методы и данные позволят проанализировать изменения во времени и пространстве углеродосодержащих парниковых газов в атмосфере на большой целевой территории Западной Сибири.

Касательно континентальной поверхности, в настоящее время необходимо разработать связанные криосферно-гидрологическо-вегетационные модели и базы данных для валидации и калибровки, в целях более точной количественной оценки и понимания региональной уязвимости северных и арктических экосистем к будущему потеплению. Также необходимо оценить, величины физических и биохимических обратных связей в этих регионах, которые оказывают влияние на глобальную климатическую систему. Настоящие вегетационные модели не лучшим образом решают эти задачи, так как они часто опускают или описывают очень грубо основные процессы отклика континентальных поверхностей высоких северных широт на изменение климата. Поэтому рабочей группой Программы Арктического Мониторинга (ACIA, 2005) рекомендовано разработать трехмерные модели, которые позволят понять и количественно оценить основные физические и биогеохимические процессы, а также величину обратной связи на изменения климата. Эти процессы следующие: (1) процессы замерзания и таяния вечной мерзлоты, которые влияют на течение рек, образование озер и болот, (2) изменение альбедо поверхностей, связанное со снежным покрытием и со свойствами снега, который является главным «усилителем климата» в этих регионах, (3) высвобождение замершего углерода в слоях вечной мерзлоты, включая углерод эпохи Плейстоцена, (4) миграцию лесной экосистемы в сторону севера и изменения в режимах лесных пожаров, которые могут вызвать изменения альбедо и региональных потоков парниковых газов. Для определения наиболее важных природных биофизических процессов в области северных территорий будет разработана модель на основе французской модели ORCHIDEE с учетом взаимодействия между снежным и растительным покровом, замерзания и таяния вечной мерзлоты, и вклада этих процессов в гидрологию и углеродный баланс. Особый вклад в проект будет состоять в учете изотопов в этой модели и в применении ее в региональном контексте в различных климатических условиях.

       В этом проекте для прояснения связей между водным и углеродным циклами Западной Сибири, а также для количественной оценки влияния глобального потепления на водные и углеродные циклы нетронутых торфяников и тающей вечной мерзлоты, будут использованы современные методы спутникового и наземного дистанционного зондирования, приземные прямые измерения, и оригинальное подходы в моделировании. Этот проект позволит наложить ограничения на величину регионального бюджета изотопомеров воды и изучить процессы испарения и их сезонные характеристики. Разработки будут предназначены для общих задач оптимального использования водных и углеродных изотопомеров для исследования основных неопределенностей в параметризации гидрологического и углеродного циклов на всей территории Западной Сибири.