Итоги МПГ 2007/08 и перспективы российских полярных исследований - Коллектив авторов

В период МПГ выполнена модернизация технических средств актинометрических измерений на станциях Белый Нос и Диксон, где в процессе опытной эксплуатации использовались актинометрические датчики и регистрирующие устройства разработки голландской фирмы Kipp&Zonnen серии CMGB, позволяющие автоматически производить измерения четырех потоков солнечной радиации и выполнять расчет составляющих радиационного баланса атмосферы.

3.2. Гидрометеорологическая обсерватория Тикси

В 2005 г. в ААНИИ были подготовлены предложения по участию в МПГ 2007/08 под условным названием «Создание атмосферной обсерватории климатического мониторинга в Тикси», которые впоследствии были интегрированы в кластер МПГ № 196 «International Arctic Systems for Observing the Atmosphere, IASOA» (Международная система наблюдений атмосферы в Арктике). В 2006 г. окончательное решение о создании в Тикси современной гидрометеорологической обсерватории (ГМО) было принято на Первом официальном совещании делегаций Национального управления по исследованию океана и атмосферы (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA), министерства торговли США и Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Российской Федерации (Росгидромет), состоявшемся в Москве 27 февраля – 3 марта 2006 г. в рамках Меморандума по сотрудничеству в области метеорологии, гидрологии и океанографии (Проект № 4.1 «Создание современной гидрометеорологической станции и гидрометеорологической обсерватории в Тикси, Россия»). Ход реализации проекта по созданию ГМО Тикси был рассмотрен и одобрен на Втором официальном совещании делегаций НУОА и Росгидромета, состоявшемся в 7–11 апреля 2008 г. в г. Сильвер Спринг, США, и на Третьей официальной встрече делегаций Росгидромета и NOAA, которая состоялась в ААНИИ в период с 12 по 16 июля 2010 г.

Согласно резолюциям, содержащимся в протоколах совещаний, были определены главные цели проекта:

– создание гидрометеорологической исследовательской обсерватории на базе гидрометеорологической станции Тикси, оснащенной современными средствами наблюдений и связи, системой энергоснабжения, лабораторными и офисными помещениями, на которой будет проводиться сбор качественных данных о составе атмосферы и атмосферных процессах, а также о сопутствующих параметрах суши для целей изучения погоды и климата;

– интегрирование данных наблюдений и измерений, организуемых в будущей обсерватории, в международные наблюдательские сети, такие как Global Atmosphere Watch (Глобальные наблюдения за атмосферой), Baseline Surface Radiation Network (Базовая сеть наземных радиационных наблюдений), Climate Reference Network (Базовая сеть наблюдений за климатом), Global Terrestrial Network for Permafrost (Глобальная сеть наблюдений за вечной мерзлотой) и Micropulse Lidar Network (Сеть лидарных наблюдений).

В ходе совещаний были окончательно согласованы и одобрены направления совместных исследований и определены научные организации, ответственные за их выполнение. Весной 2010 г. на основе результатов вышеупомянутых совещаний была разработана Программа исследований и работ ГМО Тикси (первый год развертывания и выполнения проектов). Программа была утверждена представителями Росгидромета и NOAA в июне 2010 г. во время проведения Международной конференции по итогам МПГ 2007/08 (г. Осло, Норвегия).

25 августа 2010 г. в ГМО Тикси состоялась церемония официального открытия совместных российско-американских атмосферных наблюдений. Начиная с этого момента в ГМО Тикси стали проводиться регулярные атмосферные исследования.

В апреле, мае, июне и сентябре 2011 г. в ходе визитов сотрудников ААНИИ, Главной геофизической обсерватории (ГГО), Института физики атмосферы (ИФА), NOAA и Финского метеорологического института (ФМИ) в ГМО Тикси и Якутском УГМС было проведено техническое обслуживание установленных измерительных систем, усовершенствована система сбора и передачи информации, отработаны методики проведения измерений. Сотрудниками ААНИИ дополнительно к программе атмосферных исследований был выполнен комплекс исследований на припайных льдах залива Сого в период начала таяния ледяного покрова.

В настоящее время сотрудники ГМО Тикси выполняют регулярное обслуживание развернутых измерительных комплексов. Полученные данные измерений по спутниковому каналу связи передаются в ААНИИ и далее, по принадлежности, научным учреждениям России, США и Финляндии. Работы ГМО Тикси выполняются в рамках нижеперечисленных проектов.

Проект «Унификация данных стандартных метеорологических наблюдений» (ААНИИ, Отделение атмосферной турбулентности и диффузии NOAA).

Цель проекта: разработать метод оценки и коррекции данных стандартных метеорологических наблюдений, проводимых на метеорологических станциях в российской Арктике с помощью традиционных и современных измерительных систем, для создания однородных климатических рядов метеорологических параметров, необходимых для адекватной оценки изменчивости климата полярных районов и возможной их экстраполяции для прогноза будущих климатических изменений.

Проект реализуется путем проведения параллельных наблюдений существующими и планируемыми к внедрению на сети стандартными методами с использованием комплекса высокоточных датчиков и установок для измерений температуры воздуха и осадконакопления, разработанных в рамках программы NOAA «Базовая климатическая сеть», с последующим их сопоставлением друг с другом методами статистического анализа.

Проект «Исследования радиационного баланса подстилающей поверхности в Тикси» (ААНИИ, ГГО, Лаборатория исследований системы Земли NOAA).

Цель проекта: получение возможно более качественной информации о составляющих радиационного баланса земной поверхности в одном из наименее освещенных наблюдениями географическом районе, необходимой при разработке адекватных методов описания процессов переноса коротковолновой и длинноволновой радиации в полярных районах для прогностических и климатических, глобальных и региональных моделей.

Комплекс измерений по данному проекту включает в себя измерения по единой методике прямой, рассеянной и отраженной солнечной радиации, восходящей и нисходящей длинноволновой радиации, фотосинтетической радиации и сопутствующих метеорологических параметров. Его реализация в рамках программы ВМО «Базовая сеть радиационных наблюдений» (БСРН) существенно дополняет представление о радиационном климате полярных областей. Указанные измерения необходимы для исследований регионального и глобального климата, а также валидации моделей радиационного переноса.

Другой целью проекта является организация сравнительных наблюдений с помощью комплекса датчиков Базовой сети радиационных наблюдений и датчиков, используемых на сети актинометрических наблюдений Росгидромета. Для реализации этого раздела проекта был выполнен комплекс сравнительных измерений датчиками сети БСРН и стандартными датчиками, используемыми на наблюдательской сети Росгидромета для измерения приходящей и рассеянной солнечной радиации.

Проект «Комплексные исследования облачного покрова» (ГГО, ААНИИ, Лаборатория исследований системы Земли NOAA, Национальный центр спутниковых данных США).

Цель проекта: организация наземных наблюдений за характеристиками облачности для исследования особенностей процессов ее формирования, а также как индикатора изменчивости климата атмосферы в сезонном и межгодовом диапазонах.

Облачность остается одним из наименее изученных и плохо моделируемых компонентов климатической системы Земли, и прежде всего в полярных районах. В то же время адекватный учет облачности необходим как для описания радиационного баланса подстилающей поверхности при моделировании, так и для развития дистанционных методов измерений температуры и альбедо подстилающей поверхности, дрейфа и сплоченности морских льдов, свойств аэрозольной составляющей атмосферы.

Главным направлением исследований облачности в ГМО Тикси будет проведение наземных наблюдений ее свойств как индикаторов изменчивости климата полярной атмосферы в сезонном и межгодовом диапазонах. В настоящее время такие исследования ограничиваются только визуальными наблюдениями. В то же время известно, что вариации таких характеристик, как водозапас облаков или температура на уровне их нижней границы, могут быть гораздо теснее быть связаны с изменчивостью климата, чем количество общей облачности. С определением характеристик облачности тесно связано и исследование распределения содержания аэрозоля в атмосфере, поскольку он определяет не только перераспределение радиационного нагревания, но и косвенным путем формирование, распределение и другие характеристики облачного покрова.

В докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) «Изменения климата, 2007 г.» (МГЭИК, 2008) рекомендуется организация регулярных наблюдений за процессами взаимодействия между облачностью и аэрозолем. С этой целью предполагается оснастить ГМО Тикси установкой для полусферного фотографирования облачности (All-Sky Imagers), микроволновым радиометром для оценки интегрального влагосодержания и лазерным измерителем высоты облаков. В ГМО Тикси с помощью дистанционного СВЧ-радиометра, разработанного в ГГО, в 2010 г. был выполнен цикл наблюдений за содержанием жидкокапельной влаги и водяного пара в атмосфере.