Ученые географического факультета МГУ разработали динамическую модель, позволяющую оценить пространственную и временную изменчивость эмиссии и поглощения парниковых газов в наземных экосистемах.
Рост содержания парниковых газов в атмосфере является основной причиной современного глобального потепления климата. Наблюдается нехватка данных наблюдений о потоках парниковых газов в природных экосистемах и невозможности применения существующих методик для измерения потоков на территориях с неоднородным рельефом и растительностью. В связи с этим математическое моделирование становится инструментов восполнения недостающих элементов общей картины. Разработанная математическая модель является уникальным инструментом для пространственной интерполяции и экстраполяции потоков парниковых газов.
Результаты работы опубликованы в журнале «Метеорология и гидрология». Исследования проводились в рамках НОШ МГУ «Экология».
Современные глобальный рост температуры и увеличение повторяемости экстремальных явлений погоды большинство экспертов по изменению климата связывают с увеличением содержания в атмосфере парниковых газов (диоксида углерода, метана, закиси азота, фреонов и др.). Это увеличение вызвано стремительным ростом выбросов парниковых газов от антропогенных источников. Природные экосистемы, обладают значительным потенциалом для регулирования баланса парниковых газов в атмосфере, прежде всего, за счет способности растительности к поглощению диоксида углерода из атмосферы, дальнейшей секвестрации и накоплению углерода в почвенном покрове. Это вызывает потребность в получении высокоточных количественных данных о потоках парниковых газов в природных экосистемах, что позволит установить роль природных экосистем в регулировании баланса парниковых газов в атмосфере.
Для решения данной задачи требуется комплекс мер по созданию системы мониторинга потоков парниковых газов, включающей, в том числе и развитие комплекса моделей для описания пространственной изменчивости потоков парниковых газов в атмосфере над неоднородным ландшафтным покровом.
«Для описания переноса потоков парниковых газов над неоднородной земной поверхностью со сложным рельефом и мозаичной растительностью мы разработали трехмерную модель переноса. Модель позволяет рассчитывать распределение ветра и перенос парниковых газов на экспериментальных участках сети карбоновых полигонов пилотного проекта Минобрнауки России», — отметила участник гранта НОШ Юлия Мухартова.
Для проведения расчетов потоков парниковых газов на исследуемых экспериментальных участках был проведен сбор информации о структуре и свойствах растительного покрова, рельефе местности, данных о скорости фотосинтеза и дыхания растений, пространственной неоднородности скорости эмиссии и поглощения диоксида углерода и метана у поверхности почвы. Измерения потоков у поверхности почвы проводились в полевых условиях с помощью мобильных почвенных камер и портативных газоанализаторов в ходе интенсивных полевых компаний в 2022—2023 годах.
Результаты экспериментальных и модельных исследований показали сильную пространственную изменчивость полей скорости ветра и вертикальных потоков диоксида углерода и метана в приземном слое атмосферы, обусловленную в первую очередь степенью пространственной неоднородности рельефа и структуры растительного покрова. Значительное влияние на пространственную неоднородность потоков оказывали также различия в скоростях эмиссии и поглощения диоксида углерода и метана растительностью и почвой. Поверхность почвы на лесных участках карбоновых полигонов в Краснодарском крае и Чеченской республике служила источником диоксида углерода для атмосферы, и поглотителем метана. Сходные закономерности по потокам диоксида углерода были выявлены и для экосистем карбонового полигона «Чашниково» МГУ (Московская область). Несмотря на значительный вклад почвы, все исследуемые лесные экосистемы служили стоком диоксида углерода из атмосферы на протяжении вегетационного периода в дневное время за счет высоких скоростей фотосинтеза растений древесного и травянистого ярусов. Скорость поглощения диоксида углерода лесной экосистемой карбонового полигона на берегу Черного моря в летнее время на порядок превышала скорости поглощения диоксида углерода поверхностью Черного моря.
«Разработанный модельный продукт является важным инструментом, позволяющим проводить пространственные оценки потоков парниковых газов над неоднородной подстилающей поверхностью. Его использование может быть чрезвычайно важным для решения различных теоретических и прикладных задач в рамках современной климатической повестки, в том числе для получения доказательной базы по количественным показателям эмиссии и поглощения парниковых газов природными экосистемами России и достижения углеродной нейтральности России к 2060 году», — подчеркнул руководитель работ Александр Ольчев.
Рост содержания парниковых газов в атмосфере является основной причиной современного глобального потепления климата. Наблюдается нехватка данных наблюдений о потоках парниковых газов в природных экосистемах и невозможности применения существующих методик для измерения потоков на территориях с неоднородным рельефом и растительностью. В связи с этим математическое моделирование становится инструментов восполнения недостающих элементов общей картины. Разработанная математическая модель является уникальным инструментом для пространственной интерполяции и экстраполяции потоков парниковых газов.
Результаты работы опубликованы в журнале «Метеорология и гидрология». Исследования проводились в рамках НОШ МГУ «Экология».
Современные глобальный рост температуры и увеличение повторяемости экстремальных явлений погоды большинство экспертов по изменению климата связывают с увеличением содержания в атмосфере парниковых газов (диоксида углерода, метана, закиси азота, фреонов и др.). Это увеличение вызвано стремительным ростом выбросов парниковых газов от антропогенных источников. Природные экосистемы, обладают значительным потенциалом для регулирования баланса парниковых газов в атмосфере, прежде всего, за счет способности растительности к поглощению диоксида углерода из атмосферы, дальнейшей секвестрации и накоплению углерода в почвенном покрове. Это вызывает потребность в получении высокоточных количественных данных о потоках парниковых газов в природных экосистемах, что позволит установить роль природных экосистем в регулировании баланса парниковых газов в атмосфере.
Для решения данной задачи требуется комплекс мер по созданию системы мониторинга потоков парниковых газов, включающей, в том числе и развитие комплекса моделей для описания пространственной изменчивости потоков парниковых газов в атмосфере над неоднородным ландшафтным покровом.
«Для описания переноса потоков парниковых газов над неоднородной земной поверхностью со сложным рельефом и мозаичной растительностью мы разработали трехмерную модель переноса. Модель позволяет рассчитывать распределение ветра и перенос парниковых газов на экспериментальных участках сети карбоновых полигонов пилотного проекта Минобрнауки России», — отметила участник гранта НОШ Юлия Мухартова.
Для проведения расчетов потоков парниковых газов на исследуемых экспериментальных участках был проведен сбор информации о структуре и свойствах растительного покрова, рельефе местности, данных о скорости фотосинтеза и дыхания растений, пространственной неоднородности скорости эмиссии и поглощения диоксида углерода и метана у поверхности почвы. Измерения потоков у поверхности почвы проводились в полевых условиях с помощью мобильных почвенных камер и портативных газоанализаторов в ходе интенсивных полевых компаний в 2022—2023 годах.
Результаты экспериментальных и модельных исследований показали сильную пространственную изменчивость полей скорости ветра и вертикальных потоков диоксида углерода и метана в приземном слое атмосферы, обусловленную в первую очередь степенью пространственной неоднородности рельефа и структуры растительного покрова. Значительное влияние на пространственную неоднородность потоков оказывали также различия в скоростях эмиссии и поглощения диоксида углерода и метана растительностью и почвой. Поверхность почвы на лесных участках карбоновых полигонов в Краснодарском крае и Чеченской республике служила источником диоксида углерода для атмосферы, и поглотителем метана. Сходные закономерности по потокам диоксида углерода были выявлены и для экосистем карбонового полигона «Чашниково» МГУ (Московская область). Несмотря на значительный вклад почвы, все исследуемые лесные экосистемы служили стоком диоксида углерода из атмосферы на протяжении вегетационного периода в дневное время за счет высоких скоростей фотосинтеза растений древесного и травянистого ярусов. Скорость поглощения диоксида углерода лесной экосистемой карбонового полигона на берегу Черного моря в летнее время на порядок превышала скорости поглощения диоксида углерода поверхностью Черного моря.
«Разработанный модельный продукт является важным инструментом, позволяющим проводить пространственные оценки потоков парниковых газов над неоднородной подстилающей поверхностью. Его использование может быть чрезвычайно важным для решения различных теоретических и прикладных задач в рамках современной климатической повестки, в том числе для получения доказательной базы по количественным показателям эмиссии и поглощения парниковых газов природными экосистемами России и достижения углеродной нейтральности России к 2060 году», — подчеркнул руководитель работ Александр Ольчев.