ИСТИНА

Наблюдаемый с середины двадцатого века рост глобальной температуры и изменение режима осадков большинством экспертов по изменению климата (IPCC, 2013) связывается с ростом содержания парниковых газов в атмосфере (в первую очередь, диоксида углерода СО2). Надежная информация о потоках СО2 и других парниковых газов в разных типах растительных сообществ является чрезвычайно важной для понимания современных климатических тенденций и прогноза будущих климатических изменений. Основными методами измерения потоков парниковых газов являются метод турбулентных пульсаций (eddy covariance) (Burba, 2013) и экспозиционных камер (Olchev et al., 2013). Для корректной работы метода турбулентных пульсаций требуется горизонтальная однородность подстилающей поверхности, а также пренебрежимо малая горизонтальная дивергенция и конвергенция потоков, что ограничивает применение данного метода в условиях неоднородных ландшафтов со сложным рельефом и мозаичной растительностью. Для получения информации о пространственной неоднородности потоков методом экспозиционных камер необходимо проведение измерений в большом количестве точек почти одновременно (за небольшой промежуток времени), что также может представлять техническую сложность. Одной из наименее изученных природных экосистем в отношении роли и вклада в глобальный углеродный баланс являются болота. Аккумулируя значительное количество углерода и воды, болота активно воздействуют на углеродный, тепловой и водный баланс земной поверхности (Olchev et al., 2013). Прямые измерения потоков в подобных экосистемах, имеющих значительную пространственную неоднородность растительного покрова, зачастую ограничены или даже невозможны. Дополнение измерений математическим моделированием с использованием прямых и обратных моделей различной степени сложности может быть весьма продуктивным в такой ситуации. Данная работа посвящена разработке и тестированию на примере расположенного в Тверской области болота “Старосельский мох” прямой и обратной задачи оценки потоков парниковых газов над неоднородной подстилающей поверхностью. Прямая модель оценки потоков над поверхностью основана на численном решении задачи для уравнения диффузии-реакции-адвекции для концентрации парникового газа (Mukhartova et al., 2024). По найденному распределению концентрации можно оценить вертикальный поток. Основным недостатком прямой задачи является необходимость знания распределения почвенного потока и ряда параметров в параметризации скорости дыхания и фотосинтеза, связанных с конкретным типом растительности. При отсутствии такой информации возможно использовать обратную модель, если провести дистанционное измерение концентрации парникового газа на нескольких (по крайней мере двух) уровнях над поверхностью. Такие измерения возможны, например, с помощью газоанализаторов, размещенных на дронах. Обратная задача в таком случае сводится к многократному решению прямой задачи в области выше растительного покрова с направленно изменяющимся вертикальным потоком на нужном уровне . При этом поток находится из условия минимума нормы разности модельных и измеренных значений концентрации. Для проверки репрезентативности предложенной модели проведен ряд расчетов потоков CO2 на различных участках болота “Старосельский мох”. Работа выполнена при поддержке Программы развития МГУ, проект № 23-Ш07-55.