Проект РНФ № 22-47-04408 «Потоки и изотопный состав метана над неоднородными ландшафтами вечной мерзлоты в Арктике и торфяных болот в Сибири»
Краткое содержание проекта
Метан является одним из важнейших парниковых газов наряду с углекислым газом и водяным паром. Его поглощающая способность во много раз превосходит поглощающую способность углекислого газа. Поэтому повышение точности оценок глобальной и региональной эмиссии метана является крайне актуальной задачей. При этом неопределенность таких оценок велика из-за недостаточного количества наблюдений и их локального характера, т.е. малого пространственного покрытия. Эта проблема стоит особенно остро для труднодоступных и удаленных ландшафтов в Арктике и Субарктике и торфяных болот Западной Сибири. Оба типа ландшафтов являются крупными резервуарами органического углерода. Более того, наблюдаемое изменение климата в высоких и средних широтах ведет к таянию вечной мерзлоты, что может привести к дальнейшему увеличению эмиссии метана из Арктического и Субарктического региона. Болота также являются хрупкими экосистемами, подверженными влиянию климатических изменений. Большая неопределенность оценок эмиссии метана из этих экосистем связана с сильной пространственной неоднородностью свойств подстилающей поверхности и вызванной этим пространственной изменчивостью составляющих баланса тепла и влаги, а также характеристик газообмена. Учет влияния структурных и температурных неоднородностей поверхности на турбулентный обмен представляет собой еще не решенную проблему. 
Рис. 1. Исследуемые неоднородные ладншафты дельты Лены (слева) и болота Мухрино (справа). Проект ставит своей целью оценку репрезентативности локальных измерений эмиссий метана традиционно используемых для оценок региональных эмиссий. Основные задачи проекта следующие: 1) Количественная оценка микро- и мезомасштабной изменчивости эмиссии метана, его изотопного состава, турбулентных потоков тепла и влаги, радиационных потоков; 2) Исследование влияния неоднородностей ландшафта на эмиссии метана, его изотопный состав и составляющие баланса тепла и влаги. 3) Оценка адекватности и дальнейшее развитие существующих методов учета влияния неоднородностей ландшафта, применяемых для оценок региональной эмиссии метана, а также в численных моделях климатической системы. Решение этих задач опирается на совместное использование традиционных и новых оригинальных методов измерений в сочетании с численным моделированием. Измерительные кампании будут проводится на двух научных станциях: на острове Самойловский в дельте Лены и в Мухрино в центральной части Западной Сибири. Первая расположены среди мерзлотных ландшафтов, преимущественно полигональной тундры, а вторая находится среди торфяных болот. Обе станции входят в международную сеть INTERACT и имеют развитую инфраструктуру. На обеих станциях ведутся непрерывные многолетние наблюдения потоков парниковых газов и составляющих теплового баланса.
Рис. 2. Беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки "Цимлянин" (слева) и квадрокоптеры DJI Phantom с метеодатчкими iMet-XQ2 (справа). В дополнение к натурным наблюдениям, в рамках проекта будет использована модель деятельного слоя суши, входящая в модель климатической системы Института вычислительной математики РАН INMCM5. Модель будет задействована для воспроизведения баланса тепла и влаги деятельного слоя, а также углеродного цикла на сезонных и суточных масштабах. Модель будет адаптирована к исследуемым ландшафтам и верифицирована на основе сравнения с данными наблюдений. На основе результатов моделирования будут сделаны оценки влияния подсеточных неоднородностей ландшафтов на эмиссию метана и баланс тепла и влаги. Также будет сделан вывод о том, можно ли рекомендовать данную версию модели деятельного слоя суши в качестве инструмента, который может быть использован для оценки региональных выбросов метана. Для периодов измерительных кампаний, численная модель атмосферы Weather Research and Forecasting (WRF) с высоким разрешением будет использована для оценки влияния неоднородностей ландшафта и синоптических условий на динамику атмосферного пограничного слоя и энергообмен атмосферы с подстилающей поверхностью.
Результаты выполнения проекта используются в учебном процессе при проведении полевых практик, лекционных и семинарских занятой со студентами соответствующих специальностей географического факультета Московского государственного университета и Югорского государственного университета.
Экспедиция Мухрино-2022