ИСТИНА

Настоящий проект посвящен решению часто обсуждаемой в последнее время проблемы - роли эмиссии парниковых газов (метана, углекислого газа) из водоемов суши в климатической системе. Существует огромный массив измерений этих газов в водоемах, однако работы, посвященные моделированию процессов их генерации, переноса и стока в системе "донные отложения-водоем-атмосфера", в настоящее время единичны. В настоящем проекте будет создана иерархия моделей водоема, включающих динамику CH_4 и CO_2: трехмерная модель, одномерная модель с параметризацией горизонтальной неоднородности, вычислительно эффективная одномерная модель. Одномерные модели будут валидироваться на данных трехмерной модели, а также на доступных авторам данных измерений парниковых газов на озерах Финляндии и севера ЕТР. Вычислительно-эффективная версия одномерной модели будет включена в климатическую модель ИВМ РАН, что позволит воспроизвести обратные связи между климатом и водными экосистемами суши как в терминах потоков энергии, так и (впервые в мире) через потоки парниковых газов. Все перечисленные работы на настоящее время значительно превосходят существующие в мире аналоги. Выполнимость заявленной работы обеспечена солидным заделом коллектива в области моделирования озер, экосистем суши, а также суперкомпьютерного моделирования турбулентных потоков.

1 год. 1.1. Включение в одномерную модель водоема параметризаций биохимических процессов, связанных с потреблением/выделением кислорода и углекислого газа (фотосинтез, дыхание, аэробное разложение отмершей органики в толще водоема и на его дне), на основе анализа литературных данных. 1.2 Включение в трехмерную модель замыкания турбулентности на основе RANS подхода, адаптированного для расчета циркуляции в водоемах и согласованного с методом погруженной границы. Параметризация биохимических процессов в трехмерной модели. Численные эксперименты по моделированию свободной конвекции в стратифицированном водоеме с наклонным дном, сопоставление результатов с одномерной моделью водоема. 1.3. Развитие модели стока растворенного органического углерода с водосбора и верификация модели на данных наблюдений, собранных на водосборе Стордален (север Швеции). 1.4. Подготовка и тестирование вычислительно эффективной конфигурации одномерной модели водоема. Разработка интерфейса между одномерной моделью водоема и климатической моделью ИВМ РАН, включение в климатическую модель одномерной модели водоема. Проведение расчетов современного климата, оценка влияния водоемов на региональный климат переувлажненных регионов Евразии без учета биохимических эффектов, сопоставление с литературными данными по аналогичным численным экспериментам. 1.5. Результаты будут доложены на следующих конференциях: 2015 Aquatic Sciences Meeting (Гранада, Испания), Ломонсовские чтения (Москва, МГУ имени М.В.Ломоносова), CITES-2015 (Россия), EGU General Assembly 2015 2 год. 2.1 Модификация численной трехмерной модели водоема для явного воспроизведения динамики водной поверхности как свободной границы. 2.2. Оценка ошибок воспроизведения вертикального перемешивания в водоеме K-epsilon замыканием в одномерной модели при наличии крупномасштабной циркуляции за счет ветрового форсинга с использованием в качестве «эталона» результатов расчетов по трехмерной модели. 2.3. Сопряжение одномерной модели водоема с моделью стока растворенного органического углерода (РОУ) с водосбора. Оценка вклада РОУ в динамику парниковых газов в водоеме. 2.4. Проверка одномерной модели на способность реалистично воспроизводить термодинамический режим, распределение парниковых газов и временной ход их эмиссии с конкретных озер в Финляндии и на севере ЕТР. Будут привлечены данные измерений университетами Хельсинки (в частности на оз. Куйваярви, научная база хельсинкского университета Хьютиала) и Восточной Финляндии. 2.5. Численные эксперименты с климатической моделью с двусторонним взаимодействием термодинамики и биохимии озер и климата. Расчет современного климата и будущих изменений климата при различных сценариях антропогенного воздействия. Оценка величины обратной связи между концентрацией парниковых газов в водоемах и приземной температурой воздуха.