Трансформация геокриологических условий побережья Восточной Чукотки на фоне климатических изменений (РФФИ)НИР

Transformation of onshore permafrost conditions of Eastern Chukotka in changing climate

Соисполнители НИР

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова Координатор

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 27 марта 2018 г.-31 декабря 2018 г. Трансформация геокриологических условий побережья Восточной Чукотки на фоне климатических изменений
Результаты этапа: 1) Получены значения глубин сезонного протаивания на мониторинговых площадках Восточной Чукотки ("Лаврентия" и "Лорино"). Было выявлено, что в 2018 году фиксировалась наибольшая мощность сезонноталого слоя (СТС) с начала периода наблюдений (2000-2018 гг.): 77,8 см против 62,7. Наблюдаемое явление вызвано, скорее всего, относительно многоснежной зимой и тёплой ранней осенью (сентябрь). На площадке "Лаврентия" установлен логгер-самописец для определения вариаций влажности почвы по разрезу сезонноталого слоя. Получены данные о термическом режиме сезонноталого слоя и подстилающего слоя мёрзлых пород на обеих площадках за 2017-2018 гг. 2) Рассчитаны проекции термических характеристик Чукотского регионана за 2006-2100 гг., требуемых для изучения мерзлотных процессов: индекса таяния – годовой суммы положительных среднесуточных температур воздуха, – и индекса промерзания – годовой суммы отрицательных среднесуточных температур. Проекции составлены по данным проекта CMIP5 для двух сценариев: «жёсткого» RCP8.5 и «мягкого» RCP2.6. Произведена валидация моделей и их ансамбля по данным наземных наблюдений и реанализа NCEP/NCAR. Количественно обоснован региональный подход к проекции термических условий (для всего Чукотского региона) в противовес локальному (для отдельного пункта или ячейки модельной сетки). Ансамбль климатических моделей показывает, что в случае «жёсткого» сценария термические условия на Чукотке (в терминах индексов таяния и промерзания) будут близки к современным условиям на Курильских островах: индекс промерзания увеличится на 2500°С-дней или 75%, достигнув значений около -700°С-дней (от 0 до -1500°С-дней по разным моделям), а индекс таяния – на 1000°С-дней или 130% до 1750°С-дней (от 1200 до 2500°С-дней по разным моделям). В случае «мягкого» сценария потепление в Чукотском регионе будет продолжаться до 2030-2050 гг., а индексы таяния и промерзания достигнут значений, характерных для Камчатки (около 1000 и -2000°С-дней соответственно, то есть увеличатся на 50% по сравнению с уровнем 1960-1990 гг. для обоих параметров). Такой рост температуры неизбежно скажется на состоянии мёрзлых пород. Проекции термических параметров позволяют перейти к моделированию мощности слоя сезонного протаивания и оценке состояния многолетнемёрзлых пород к середине и концу XXI века (этап 2). 3) Проведены инструментальные (тахемоетрическая съёмка) и дистанционные (аэрофотосъёмка с квадрокоптера) измерения положения бровки берегового уступа и оврага в раойне пос. Лорино. На их основе получены цифровые модели рельефа и ортофотопланы, которые лягут в основу анализа взаимосвязи ледовой обстановки в регионе и скорости разрушения изучаемого участка берега (этап 2). 4) Полученные результаты были представлены на 3 конференциях (5th European Conference on Permafrost, 18th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2018 и III Международная научно-практическая конференция Resonances Science). Подготовлена к печати 1 статья (журнал Арктика и АНтарктика).
2 1 января 2019 г.-27 марта 2019 г. Трансформация геокриологических условий побережья Восточной Чукотки на фоне климатических изменений
Результаты этапа: 1) Приобретение билетов Москва-Анадырь-Москва для Маслакова А.А. и Комовой Н.Н. для проведения полевых работ на Восточной Чукотки в следующем этапе НИР. 2) Исследование межгодовой изменчивости продолжительности безлёдного периода на четырёх участках побережья Чукотского и Берингова морей по архивам данных концентрации морского льда NSIDC (США) и OSI SAF (Дания), а также на основе реанализов CFSR и MERRA2 (США), ERA5 (Великобритания) и JRA55 (Япония). Данные об отступании берега доступны для района с. Лорино, где с 2012 г. ведётся мониторинг состояния берегового уступа, с. Уэлен, а также для районов Кивалина и Шишмарёв на Аляске. Даты начала и окончания (и продолжительность) безлёдного периода определялись оригинальным методом, описанным в (Shabanov, Shabanova, 2019). Метод основан на анализе внутригодовой динамики концентрации морского льда в ближайшем к району исследования узле сетки (очищению акватории предшествует резкое падение значений, замерзанию – резкий рост). Данные о концентрации морского льда имеют разрешение от 10 до 30 км для разных источников и 1 день по времени. Исследован период с 1979 по 2018 год. Показано, что на побережье Чукотки и Аляски продолжительность безлёдного периода линейно возросла на 42-57 дней с 1979 года, что составляет 26-30% от среднемноголетней продолжительности и 200-230% от среднеквадратического отклонения выборки. Увеличение продолжительности происходит в как за счёт более позднего замерзания акватории осенью (на 23-30 дней позже), так и за счёт более раннего очищения весной (на 17-29 дней).
3 27 марта 2019 г.-31 декабря 2019 г. Трансформация геокриологических условий побережья Восточной Чукотки на фоне климатических изменений
Результаты этапа: 1) Проведение мониторинговых наблюдений за параметрами сезонноталого слоя на площадках Лаврентия и Лорино. В 2019 году величина сезонного протаивания было выше средних многолетних значений: для Лаврентия она составила 76 см (среднее за 2000-2019 гг. 67 см), для Лорино 66 см (среднее за 2010-2019 гг. 54 см). Скачаны данные с логгеров, измеряющих температуру и влажность отложений в толще СТС. Измерены пространственно-временные вариации влажности приповерхностного слоя почвы (0-7 см) в пределах площадок мониторинга за июль-август. 2) Проведение аэрофотосъёмки морского берега в с. Лорино при помощи БПЛА Phantom 4 Pro. Съёмка проводилась на высотах 50 и 100 метров в надире, с перекрытием кадров не менее, чем на 60%. Полученные данные лягут в основу построения цифровой модели рельефа и ортофотоплана для участка берега с последующие наложением на результаты предыдущих измерений. 3) Публикация научной статьи в журнале Geosciences (Scopus); представление результатов исследований на конференциях: «Взаимодействие элементов природной среды в высокоширотных условиях», г. Сочи, 25–28 сентября 2019 г., International Conference “Solving the puzzles from Cryosphere”, 15-18 апреля 2019 г., Пущино, Россия; Семнадцатая Всероссийская Открытая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)», 11-15 ноября 2019 г., Москва, Россия
4 1 января 2020 г.-27 марта 2020 г. Трансформация геокриологических условий побережья Восточной Чукотки на фоне климатических изменений
Результаты этапа: 1) Получены проекции термических характеристик Чукотского региона, необходимых для изучения динамики сезонноталого слоя (СТС) и верхних горизонтов многолетнемёрзлых пород (ММП) на протяжении XXI века (2006-2100 гг.): суммы положительных и отрицательных среднесуточных температур воздуха, количества осадков, длительности и средней температуры тёплого и холодного периода. Проекции составлены по данным проекта CMIP5 для двух сценариев: «жёсткого» RCP8.5 и «мягкого» RCP2.6. Произведена валидация моделей и их ансамбля по данным наземных наблюдений и реанализа NCEP/NCAR. Количественно обоснован региональный подход к проекции термических условий (для всего Чукотского региона) в противовес локальному (для отдельного пункта или ячейки модельной сетки). Ансамбль климатических моделей показывает, что в случае «жёсткого» сценария термические условия на Чукотке (в терминах индексов таяния и промерзания) будут близки к современным условиям на Курильских островах: индекс промерзания увеличится на 2500°С-дней, или 75%, достигнув значений около -700°С-дней (от 0 до -1500°С-дней по разным моделям), а индекс таяния – на 1000°С-дней, или 130% - до 1750°С-дней (от 1200 до 2500°С-дней по разным моделям). В случае «мягкого» сценария потепление в Чукотском регионе будет продолжаться до 2030-2050 гг., а индексы таяния и промерзания достигнут значений, характерных для Камчатки (около 1000 и -2000°С-дней, соответственно, то есть увеличатся на 50% по сравнению с уровнем 1960-1990 гг. для обоих параметров). 2) Полевые исследования параметров СТС на мониторинговых площадках региона показали, что глубина сезонного оттаивания в 2018 и 2019 гг. была самой большой за весь период мониторинговых наблюдений на площадках (2000-2019 для Лаврентия и 2010-2019 для Лорино). Мощность сезонноталого слоя в последние 2 года оказалась на 12-15% больше, чем среднемноголетние значения. Понижение поверхности почвы на площадке «Лаврентия» также оказалось выше по сравнению с периодом наблюдений (2012-2019): 2,5 и 3,4 см/год за 2018 и 2019 гг. соответственно против 2,0 см/год. 3) На основании наблюдений за динамикой СТС в 2000-2017 гг. методом регрессионного анализа были определены основные климатические характеристики и их вклад в межгодовую вариацию глубин сезонного протаивания на мониторинговых площадках «Лаврентия» и «Лорино» на Восточной Чукотке. Коэффициент детерминации (R2) для измеренных и рассчитанных значений составил 0,67-0,99. Выполнен прогноз динамики мощности СТС и изменения уровня поверхности почвы к концу XXI века. В ходе расчётов было определено, что глубина сезонного протаивания на мониторинговых площадках, представляющих природные условия приморских равнин Восточной Чукотки, к 2099 году вырастет на 6-13% при мягком сценарии изменения климата (RCP 2.6) и на 43-87% при жёстком (RCP 8.5). Рост мощности СТС приведёт к необратимому понижению поверхности, вызванному таянием ММП и вытаиванием подземных льдов. Скорость осадки при мягком сценарии в среднем будет составлять 0,4-0,9 см/год, а при жёстком 1,6-3,7 см/год (максимум 6,7 см/год) на протяжении всего XXI века. Относительные суммарные значения осадок к концу столетия составят 90-110% от текущей мощности СТС при сценарии RCP 2.6 до 300-500% СТС при RCP 8.5. Обнаруженные в районе и на самой площадке Лаврентия залежи пластового льда (Маслаков и др., 2018), при достижении фронтом протаивания их кровли, могут стать триггером для образования криогенных эрозионных форм рельефа, в частности, оползней-сплывов. По разным прогнозным оценкам это может произойти в интервале времени от 2033 до 2091 гг. в зависимости от применяемой модели сезонного протаивания и сценария изменения климата 4) Проведена оценка гидрометеорологических параметров в районе исследований с целью определить их влияние на динамику отступающего берега на ключевом участке в районе с. Лорино. Было выявлено, что для данного участка берега за период 1979-2018 гг. увеличение периода открытой воды составило, в среднем, 1,4 дня/год. Расширение длительности безлёдного периода происходило как за счёт более позднего образования ледяного покрова осенью, так и за счёт более раннего схода льда весной. Ветро-энергетический потенциал (количество волновой энергии, приходящей к изучаемому участку берега со стороны моря) за указанный период рос на 2,6%/год. Регрессионный анализ показал, что динамика отступания изучаемого участка берега на 72% зависит от данного показателя.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".