Project 120

I. Аннотация проекта

Тема проекта

Роль градационных потоков и облачности в долгопериодной климатической изменчивости Атлантики

Направление прикладных научных исследований

Мировой океан: ключевые физические процессы, циркуляция, климатообразующая роль

Документы проекта

Приоритет

20е - Связанность территории Российской Федерации за счет создания интеллектуальных транспортных и телекоммуникационных систем, а также занятия и удержания лидерских позиций в создании международных транспортно-логистических систем, освоении и использовании космического и воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики

Ключевые слова

Взаимодействие океана и атмосферы, Атлантический океан, облачность, радиация, параметризации, моделирование, климатическая изменчивость

Сроки реализации проекта

С даты заключения соглашения о предоставлении гранта по 31.12.2024 в соответствии с планом-графиком.

Ожидаемые результаты проекта

• Долговременные однородные сеточные массивы характеристик облачности, включающие общую и нижнюю облачность, типы облаков, высоту нижней границы облаков, видимость и погодный код по данным судовых наблюдений и реконструкция потоков коротковолновой и длинноволновой радиации на поверхности Атлантического океана на основе судовых наблюдений и новых адаптированных параметризаций за период с 1880 по 2021 гг.
• Новые параметризации потоков коротковолновой и длинноволновой радиации на поверхности океана на основе данных высокоточных измерений, многоканальных спутниковых наблюдений и достижений в области физики переноса излучения для облаков, а также новые средства измерений характеристик радиационных потоков на поверхности моря, алгоритмы и программное обеспечение для обработки измерений.
• Количественные характеристики долгопериодных трендов, а также декадной и мультидекадной изменчивости в потоках радиации на поверхности океана и характеристиках облачности, необходимые для учета роли радиационных потоков в формировании суммарного теплового баланса Атлантического океана на различных временных масштабах.
• Оценки реалистичности потоков коротковолновой и длинноволновой радиации в исторических экспериментах с климатическими моделями (проект CMIP6) и в столетних реанализах (20CR, ERA-CLIM) с целью оценки неопределенностей радиационного обмена в моделях и реанализах, связанных с параметризациями радиационного обмена и облаков.

Данные результаты имеют не только научное, но и прикладное значение и обладают потенциалом коммерциализации. Долговременные сеточные массивы облачности и радиации будут переданы в прогностические центры, где будут использоваться для валидации результатов прогностических расчетов на климатических моделях. Новые параметризации смогут использоваться в оперативных моделях и будут оформлены в виде коммерческого прикладного программного пакета, защищенного регистрационным свидетельством. Созданные в ходе проекта новые средства наблюдений за радиацией и облаками (облачные камеры, трекеры Солнца, измерители нижней границы облаков и программное обеспечение для обработки измерений) будут защищены патентами и предложены индустриальным партнерам для мелкосерийного производства. Оценки реалистичности климатических моделей могут быть использованы для дискриминации моделей и оценки их качества в рамках следующего отчета МГЭИК и подготовки национального отчета о климатических изменениях.

Сведения об исполнителях проекта

Проект будет выполняться совместно Институтом океанологии им. П.П. Ширшова РАН (ИОРАН, российский партнер), Институтом тропосферных исследований (Leibniz-Institut für Troposphärenforschung, TROPOS, Лейпциг, Германия) и Институтом метеорологии университета Лейпцига (Institut für Meteorologie, Universität Leipzig, UL, Германия).

Российский партнер, Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, является одним из крупнейших мировых центров исследований океана, осуществляющий исследования в области физики, климатологии, химии, геологии и биологии океана. В ИОРАН и 5 его отделениях работает более 1200 сотрудников, из них 142 доктора и 280 кандидатов наук, 2 академика и 6 член-корреспондентов РАН. Институт управляет научно-исследовательским флотом, включающем 6 научно-исследовательских судов, оборудованных современными измерительными системами и ведущими все виды исследований в Мировом океане. В предметной области проекта ИОРАН ведет экспериментальные и диагностические исследования процессов взаимодействия океана атмосферы, включая потоки радиации на поверхности и характеристики облачного покрова над океаном, а также моделирование динамики океана и атмосферы.

Роль ИО РАН в рамках данного проекта будет состоять в создании долговременных скорректированных массивов облачности над Атлантическим океаном, включая создание сеточных массивов, получение долговременных характеристик потоков длинноволновой и коротковолновой радиации на основе параметризаций, разработанных совместно с немецкими партнерами, и исследование долгопериодного отклика теплового баланса, теплосодержания и циркуляции Атлантического океана на изменчивость радиационных потоков. В составе коллектива исполнителей со стороны ИО РАН 1 член-корреспондент РАН (С.К. Гулев, руководитель проекта с российской стороны), 4 доктора и 5 кандидатов наук, являющихся признанными экспертами в данной области. В состав исполнителей также входят молодые исследователи в возрасте до 39 лет, их количество составляет более 43% от общего числа исполнителей.

Институт тропосферных исследований (TROPOS, Лейпциг, Германия) является ведущим немецким исследовательским центром в области изучения динамики облаков и радиационных процессов над морем. Ученые института ведут как экспериментальные, так и модельные исследования облаков и потоков радиации, включая участие в рейсах немецких и российских научно-исследовательских судов с применением специально оборудованных контейнерных лабораторий. В институте TROPOS работает около 200 исследователей, из которых 16 являются полными профессорами или имеют уровень доктора наук (Habilitation), и более 40 – аспирантами. TROPOS обладает уникальной исследовательской системой Облачной башней-лабораторией (Cloud Tower Laboratory), которая будет использоваться в рамках проекта для разработки параметризаций физических процессов в облачных системах над океаном. TROPOS также владеет мобильной исследовательской станцией «Melpitz» PollyNet, а также мобильной океанской системой LACROS (Leipzig Aerosol and Cloud Re-mote Observation System), наблюдения которой будут использоваться в рамках проекта. Кроме того, TROPOS обладает мощным суперкомпьютером Fujitsu PrimeQuest 3800B2 с более чем 2000 ядер и большим объемом дискового пространства, который также будет использоваться для работ в рамках проекта.

Второй немецкий партнер (Институт метеорологии университета Лейпцига, UL) является одним из ведущих немецких институтов в области моделирования облаков и аэрозолей и изучения их роли в измерениях климата. Кроме того, UL в содружестве с TROPOS ведет работы по анализу спутниковой информации об облаках и радиационных потоках над океаном. В институте работает 4 профессора и 21 исследователь уровня кандидата или доктора наук. Институт вовлечен в управление немецким исследовательских самолетом HALO и имеет собственный исследовательский радар для изучения процессов превращений влаги в облаках. UL обладает уникальными базами данных и собственными кодами моделей радиационных процессов, которые будут использоваться в проекте.

Роль немецких партнеров (TROPOS и LU) в рамках данного проекта будет состоять в разработке нового поколения параметризаций радиационных потоков и взаимодействия радиации и облаков над океаном, а также тестировании и валидации параметризаций с использованием прямых судовых наблюдений ИОРАН и TROPOS. Кроме того, совместно с учеными ИОРАН TROPOS и LU будут исследовать связь мод климатической изменчивости над Атлантикой с характеристиками радиации и облачности, а также анализировать реалистичность представления облачных процессов и радиационных потоков над океаном в климатических моделях ансамбля CMIP6 с целью улучшения прогнозов климата.

Более полное описание роли российского и немецких партнеров, существующей кооперации между ними и заделов в предметной области проекта приводится в разделе Международное сотрудничество.

 

 

« Back