ИСТИНА

Проект направлен на решение важной проблемы современной экологии, связанной с изучением процессов взаимодействия лесной растительности и атмосферы в различных пространственных и временных масштабах в условиях климатических изменений. Взаимодействие лесов и климатической системы формируется через сложную систему прямых и обратных связей. Леса влияют на климат через изменение радиационного и теплового режима земной поверхности, через потоки парниковых газов (СО2, Н2О и др.) между земной поверхностью и атмосферой. Изменение внешних условий в свою очередь влияет на рост и развитие растительных сообществ. Выбранные в качестве основного объекта исследования леса верховьев Волги, расположены в переходной зоне от темнохвойных лесов южной тайги к смешанным хвойно-широколиственным лесам, и характеризуются значительным видовым разнообразием и пространственной неоднородностью. Хозяйственная деятельность в регионе и современные климатические изменения могут оказать существенное воздействие на леса, привести к изменению степени облесенности территории, изменению видового состава лесов и усилению их мозаичности, что очевидно может сказаться на локальных и региональных климатических условиях. Вопросы изучения чувствительности лесных экосистем исследуемого региона к изменению климата, а также влияние изменения структуры землепользования и лесистости территории на региональные климатические условия, до настоящего времени исследованы довольно слабо. Это связано с целым рядом факторов и, прежде всего, со слабо развитой системой мониторинга потоков парниковых газов в лесных экосистемах, включая измерения на сплошных вырубках и на залежных землях. Также к факторам, значительно усложняющим изучение процессов взаимодействия растительности и климата, относится недостаток моделей СО2 и Н2О обмена, позволяющих адекватно описать процессы переноса над неоднородной земной поверхностью (растительность, рельеф), и на основании "точечных" данных получить интегрированные данные о потоках по некоторой территории, соизмеримой по размеру с минимальными размерами ячеек климатических моделей. Также определенные сложности связаны с использованием в региональных моделях многочисленных упрощений, которые существенно затрудняют проведение репрезентативных оценок влияния земной поверхности на процессы в атмосфере и климат. Таким образом, очевидно, что существующий дефицит экспериментальных данных и необходимых модельных подходов требует организации проведения комплексных междисциплинарных исследований в регионе. Основными задачами проекта в 2017-18 годах является продолжение проведения комплексных исследований по изучению влияния процессов обезлесения и изменения структуры землепользования центральных районов Европейской территории России (ЕТР), включая верховья Волги, на потоки тепла, Н2О и СО2 между земной поверхностью и атмосферой и их воздействия на региональные климатические условия в условиях современного климата, и разных сценариях его возможного изменения в XXI веке. Исследования будут продолжены с использованием созданной в период действия первой фазы проекта (2014 - 2016) год материально-технической базы (измерительное оборудование), разработанных методик обработки экспериментальных данных, методов интерпретации получаемых результатов, математических моделей экосистемного и регионального уровня. Проект будут состоять из двух динамично связанных частей: экспериментальной и модельной. Экспериментальная часть предполагает проведение полевых наблюдений за потоками парниковых газов с применением метода турбулентных пульсаций и камерных наблюдений. Предполагается продолжение микроклиматических наблюдений и измерений потоков тепла, Н2О и СО2 методом турбулентных пульсаций на двух сплошных вырубках: однолетней (продолжение измерений начатых в 2016 году) и на старой заросшей березняком. Целью измерений является оценка влияния сплошных рубок на потоки парниковых газов между земной поверхностью и атмосферой и выявление динамики изменения потоков на вырубках на разных этапах их зарастания. Также планируются измерения потоков методом экспозиционных камер в пределах вырубок для выявления пространственной неоднородности потоков и верификации результатов пульсационных измерений. Будут проведены и измерения дыхания стволов и тонких корней деревьев для выявления их вклада в суммарные экосистемные потоки СО2. Модельная часть включает развитие и применение процесс-ориентированных моделей разного уровня сложности (двумерные и трехмерные модели турбулентного переноса, использующие разный порядок замыкания при решении дифференциальных уравнений от 1.5 и выше) для описания процессов переноса парниковых газов между неоднородной земной поверхностью покрытой растительностью и атмосферой на экосистемном уровне, а также численное моделирование влияния изменения структуры землепользования на региональные климатические условия. Основным целью разработки блока моделей экосистемного уровня является не только оценка эффектов влияния пространственной неоднородности растительности и рельефа на процессы переноса, но также и развитие новых подходов для расчета интегральных региональных потоков на основе локальных точечных данных измерений (или модельных оценок). Таким образом, данные модели в целом можно рассматривать в качестве связующего звена между локальной системой мониторинга и региональными климатическими моделями. Для оценки влияния изменения структуры землепользования на региональные климатические условия будет использована климатическая версия модели COSMO-CLM. Основной акцент, с учетом достигнутых в 2014-16 годах научных результатов, будет сделан на оценку влияния процессов обезлесения и облесения территории ЕТР на повторяемость возникновения экстремальных погодных явлений (засухи, волны жары, аномальные осадки, заморозки, штормовые ветры, и др.) для нескольких временных интервалов (2-3 года) с контрастными погодными условиями, а также на оценку возможного влияния изменения видового состава лесной растительности на региональные метеорологические условия, как при современных климатических условиях, так и разных сценариях их будущих изменений. При расчетах будет использовано несколько параметризаций растительного покрова, включая наиболее продвинутую параметризацию, введение которой в оперативную версию модели планируется выполнить в 2017 году. Это должно позволить существенно повысить репрезентативность модели при описании процессов взаимодействия лесной растительности и атмосферы.