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

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.

Проект «Мониторинг ультрафиолетовой радиации и общего содержания озона» (ГГО, ААНИИ, Корпорация биосферных приборов США).

Цель проекта: исследование процессов, определяющих интенсивность приходящей ультрафиолетовой радиации в полярных районах.

Проект направлен на выявление зависимости интенсивности приходящей ультрафиолетовой радиации от изменения общего содержания озона и концентрации аэрозоля в атмосфере, альбедо подстилающей поверхности, облачности и загрязнения атмосферы. Выполнение этого проекта как составной части глобального мониторинга ультрафиолетовой радиации позволит получить оценки влияния ультрафиолетовой радиации на человека, наземные и морские экосистемы и химический состав атмосферы. Его результаты будут также использованы для валидации данных спутниковых наблюдений в полярных районах земного шара, а реализация станет существенным вкладом в программу ВМО «Глобальные наблюдения за атмосферой».

Проект «Исследование приземного аэрозоля в Тикси» (ГГО, ФМИ, Институт океанологии РАН, ААНИИ, Лаборатория исследований системы Земли NOAA).

Цель проекта: исследование пространственно-временной изменчивости концентрации аэрозолей в приземном слое воздуха полярных районов и оценка их роли в формировании облачности и радиационного климата атмосферы.

Частицы аэрозоля оказывают сильное воздействие на глобальный климат, рассеивая и поглощая солнечную и длинноволновую радиацию, а также изменяя характеристики облаков. Климатический эффект аэрозольного загрязнения атмосферы зависит от количества частиц, их размера и состава. В настоящее время объем данных о содержании аэрозоля в Арктике и северной Сибири невелик, поэтому регулярные долговременные измерения содержания аэрозоля в Тикси очень важны для оценки климатического эффекта аэрозоля как регионального, так и глобального масштаба.

Реализация проекта позволяет получить дополнительную информацию о влиянии аэрозольного загрязнения атмосферы на ее термический режим. При этом, в отличие от парниковых газов, увеличение концентрации аэрозолей антропогенного происхождения ведет к похолоданию вследствие уменьшения количества приходящей солнечной радиации и увеличения облачности. Следует отметить, что для районов российской Арктики значимость этого влияния до сих пор не определена. Комплексные исследования аэрозольной составляющей полярной атмосферы проводятся в рамках наблюдений Глобальной сети мониторинга приземного аэрозоля NOAA/ESRL.

Осенью 2009 г. специалисты ФМИ и ГГО развернули в ГМО комплекс аппаратуры для измерения концентрации и распределения приземного аэрозоля по размерам. В это же время американская сторона установила прибор для измерения концентрации сажевого аэрозоля.

Проект «Исследование общего содержания аэрозоля в полярной атмосфере» (ААНИИ, Лаборатория исследований системы Земли NOAA, НАСА (США)).

Цель проекта: оценить пространственно-временную изменчивость общего содержания аэрозолей в атмосфере и изучить оптические характеристики полярной атмосферы (коэффициент преломления, альбедо одноразового рассеяния, фазовые функции).

Данный проект, основой которого служат автоматические измерения интенсивности солнечной радиации на длинах волн 1020, 870, 675, 440, 500, 940, 380 и 340 нм с помощью солнечного спектрофотометра, представляет собой логическое дополнение проекта «Исследование приземного аэрозоля в Тикси». Имеющееся в настоящее время математическое обеспечение наблюдений с помощью солнечных спектрофотометров позволит получить данные не только об оптической толщине атмосферы и распределении аэрозолей по размерам, но и о коэффициенте преломления, альбедо одноразового рассеяния, фазовых функциях и других фундаментальных оптических характеристиках полярной атмосферы.

Международная сеть автоматизированных аэрозольных наблюдений имеет тенденцию к быстрому расширению. В настоящее время она покрывает большую часть суши; исключение составляют полярные районы. Реализация данного проекта в ГМО Тикси позволила обсерватории стать участником данной сети и существенно расширить наши знания об оптических характеристиках полярной атмосферы.

Проект «Малые газовые примеси в атмосфере» (ГГО, ФМИ, Лаборатория исследований системы Земли NOAA).

Цель проекта: организация мониторинга малых газовых примесей в атмосфере полярных районов, ответственных за возможные изменения климата и разрушение озонового слоя.

В ходе выполнения проекта организованы регулярные измерения малых газовых примесей, обусловливающих парниковый эффект (СО2, СН4, СО) и разрушение озонового слоя (N2O, SF6). Кроме того, выполнение проекта позволит на основе данных измерений концентраций изотопов углерода 13С и кислорода 18О получить качественные характеристики изменений общей циркуляции атмосферы.

Данный проект является компонентом программы ВМО «Глобальные наблюдения за атмосферой». Участие Российской Федерации как члена ВМО в этой программе ограничивается лишь отбором проб в г. Обнинске. Постановка регулярных наблюдений по этой программе в Тикси является одной из приоритетных задач будущей обсерватории, учитывая то обстоятельство, что наиболее значительные изменения климата происходят именно в Арктике, а при этом большая часть ее территории не освещена такими наблюдениями.

К настоящему времени ГМО Тикси уже частично оборудована аппаратурой для исследования парниковых газов и аэрозоля, предоставленной ФМИ. В Тикси также доставлено оборудование, предоставленное NOAA для отбора проб воздуха и его последующего анализа в ГГО и Лаборатории исследований системы Земли NOAA и предназначенное для решения широкого спектра задач, связанных с контролем изменений климата в Арктике.

Проект «Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха в районе Гидрометеорологической обсерватории». (НПО «Тайфун», Отделение атмосферной турбулентности и диффузии NOAA).

Цель проекта: организация мониторинга загрязнения атмосферного воздуха стойкими органическими загрязнителями (СОЗ), тяжелыми металлами и ртутью, аналогичного проводимому на станциях Глобальной службы атмосферы ВМО Алерт (Канада), Ню-Олесунн (Норвегия), Барроу (США) и др.

До настоящего времени мониторинг загрязнения приземного слоя воздуха стойкими органическими загрязнителями (СОЗ) в российской Арктике проводился лишь эпизодически: на о-ве Дунай в 1993–1994 гг. (в рамках российско-канадского сотрудничества), в Амдерме в 2001–2002 гг. и на Чукотке (поселок Валькаркай) в 2002–2003 гг. (в рамках сотрудничества с NOAA). Мониторинг паров элементарной ртути в российской Арктике осуществляется начиная с 2001 г. только на полярной станции Амдерма. Выполнение проекта позволит уточнить интенсивность загрязнения полярных районов и выявить основные пути и источники ее загрязнения. Весной – летом 2010 г. организованы отбор проб на СОЗ и их передача в НПО «Тайфун» для последующего анализа.

Проект «Тепловой баланс подстилающей поверхности и турбулентные потоки тепла, импульса и парниковых газов в районе Гидрометеорологической обсерватории» (Институт физики атмосферы РАН, ААНИИ, ГГО, Лаборатория исследований системы Земли NOAA, Отделение атмосферной турбулентности и диффузии NOAA, ФМИ).

Цель проекта: на основе данных прямых измерений турбулентных потоков тепла, влаги и парниковых газов оценить характеристики энерго– и массобмена поверхности тундры и прилегающих припайных льдов с атмосферой.

Проект направлен на получение уникальной информации о характеристиках взаимодействия атмосферы и подстилающей поверхности, необходимой для оценки динамики состояния вечной мерзлоты в условиях меняющегося климата Арктики и разработки адекватных моделей формирования и разрушения припайных льдов. Измерения микрометеорологической турбулентности (метод турбулентной ковариации) также используются для оценки атмосферно-биосферного обмена таких важных парниковых газов, как CO2 и CH4. Особый интерес представляет эмиссия метана, которая может произойти в случае прогнозируемых изменений климата и обусловленного ими изменения температурного режима вечной мерзлоты.