Новые данные об эоловом и ледовом переносе в Арктике

В 2007–2009 гг. авторы доклада проводили многодисциплинарные исследования эолового и ледового переноса вещества в Арктике в рамках проекта Международного полярного года № 323 CRYOEOL и ряда других проектов. Исследования по теме проекта проводились в районе Северного полюса (экспедиция ПАЛЭКС, апрель 2007–2008 гг., в прибрежных водах Западной Гренландии в экспедиции на борту НИС “Maria S. Merian” (конец июня – начале июля 2007 г.), в Белом, Баренцевом и Карском морях и на их берегах, в ЮВ части моря Бофорта на ледоколе “Амундсен” (декабрь 2007 г. – январь 2008 г.), в устьевой области Северной Двины и на ряде озер Архангельской области, в Карелии и на Кольском п-ве. Получены новые данные по распределению и составу аэрозолей, содержанию химических элементов в снеге, лишайниках, мхах, торфяниках верховых болот, оценены потоки вещества из атмосферы. Рассчитаны обратные траектории переноса воздушных масс в Арктику. Выполнена оценка степени загрязнения аэрозолей, снега, льда, лишайников, мхов и торфа как в фоновых районах, так и близ промышленных центров. Оценена роль различных природных и антропогенных источников аэрозолей Арктики. Показано, что вклад аэрозолей в формирование осадочного материала в Арктике весьма существенен. Для ряда химических элементов (Pb, Sb, Se, V и др.) и соединений (в том числе стойкие органические загрязнители) аэрозольный источник – главный. Для вертикального распределения тяжелых металлов в верховых торфяниках (природных архивах) Карелии и Архангельской области характерно обогащение ими верхнего 20–30-см слоя, образовавшегося в течение последних 100–200 лет.

Авторы благодарны И.А. Мельникову, Ф.А. Романенко, C.В. Писареву, А.С. Саввичеву, С.В. Тархову, К.Г. Конову, А.Г. Горшкову, О.Л. Кузнецову, И.Н. Болотову, Н.В. Политовой, Д.П. Стародымовой, А.С. Филиппову, Л.С. Широковой и всем, кто оказывал помощь в экспедиционных исследованиях и в лабораторной обработке материалов. Наши исследования были поддержаны Президиумом РАН (Программа фундаментальных исследований № 16, часть 2 “Природные процессы в полярных областях Земли и их вероятное развитие в ближайшие десятилетия”), Отделением наук о Земле РАН (проект “Наночастицы во внешних и внутренних сферах Земли”), Российским фондом фундаментальных исследований (грант 07-05-00691), российско-немецкой Лабораторией им. О.Ю. Шмидта, грантом Президента РФ № НШ-361.2008.5.

Геокриологический мониторинг, современное состояние наблюдательной сети в России, задачи и перспективы развития
Мельников В.П.¹, Васильев А.А. ¹, Дроздов Д.С. ¹, Лейбман М.О. ¹, Малкова Г.В. ¹, Москаленко Н.Г. ¹, Павлов А.В. ¹, Романовский В.Е.<sup>2

1</sup>Институт криосферы Земли СО РАН

²Геофизический институт Университета Аляски, Фэрбенкс,США
Геокриологический мониторинг – это унифицированная система наблюдений за состоянием геологической среды на территории многолетнего и сезонного промерзания, оценки, контроля и прогноза ее изменений под воздействием природно-климатических и техногенных факторов. Вопрос об организации специальных стационаров для изучения динамики верхних горизонтов криолитозоны был поставлен еще в 1930-х годах М.И. Сумгиным. В период проведения Международного геофизического года (1957-1959 гг.) П.Ф. Швецов и И.Я. Баранов явились инициаторами проведения комплексных геокриологических исследований. Основная цель исследований в середине прошлого века заключалась в организации и проведении круглогодичных теплобалансовых наблюдений, позволяющих охватить разнообразие ландшафтных, климатических и геокриологических условий. Основное внимание при проведении геокриологического мониторинга в 1960-1980-е годы в связи с открытием и разработкой уникальных месторождений углеводородов на севере России, сельскохозяйственным и промышленным освоением Якутии, строительством Байкало-Амурской магистрали, стало уделяться влиянию техногенного фактора на температурный режим ММП и динамику криогенных процессов. К концу 1980-х годов общее число различных объектов режимных наблюдений (полигон, стационар, участок, профиль) на территории криолитозоны России составляло 110, а число пунктов наблюдений (площадка, скважина, закрепленная точка) превышало 600.

В 1990-х годах в связи с экономическими причинами в России, большая часть информационных объектов мониторинга была закрыта или законсервирована. Усилиями ряда организаций и отдельных специалистов удалось продолжать наблюдения лишь на единичных объектах (около 15). На стационарах Марре-Сале, Болванский, Надымский, Уренгойский, Васькины Дачи, которые курируются сотрудниками ИКЗ СО РАН, в течение нескольких десятилетий осуществляются непрерывные наблюдения за температурным режимом грунтов, развитием криогенных процессов и ландшафтными условиями и их изменениями при потеплении климата.

На современном этапе геокриологический мониторинг в России невозможен без финансовой и технической поддержки различных международных проектов. В рамках проекта CALM (Циркумполярный мониторинг активного слоя) с середины 1990-х гг. в различных регионах России по единой методике было организовано около 20 площадок для наблюдений за температурным режимом и глубиной сезонного протаивания грунтов. В 1999 г. по инициативе Международной Ассоциации Мерзлотоведов было начато изучение динамики берегов в Арктике (проект ACD), в рамках которого в 17 районах Российской Арктики ведутся наблюдения за скоростью разрушения берегов и переноса осадков. Три года назад в преддверии Международного Полярного 2007/08 года стартовал проект TSP - термическое состояние криолитозоны, который позволил возобновить круглогодичные температурные исследования в нескольких десятках скважин с использованием автоматизированной системы записи и хранения данных.

В результате длительных наблюдений на ряде объектов геокриологического мониторинга получен уникальный массив фактических данных, позволяющий изучать как ритмические, так и трендовые изменения мощности сезонноталого слоя и температуры мерзлых грунтов, а также скорость и ритмичность криогенных процессов. Эти данные оказываются чрезвычайно полезными при изучении эволюции криолитозоны в условиях глобального потепления климата.

Полевой эксперимент «Норвегия - МПГ – ТОРПЭКС» проводился для изучения мезомасштабных полярных областей низкого давления и Арктического фронта в Баренцевом море в целях совершенствования прогностических моделей и улучшения прогнозов неблагоприятных погодных условий в Арктике. В рамках полевого эксперимента «Норвегия - МПГ - ТОРПЕКС» АЭ Мурманск «Мурманского УГМС» и АЭ Малые Кармакулы «Северного УГМС» провели 84 регулярных дополнительных выпуска радиозондов в сроки 06 и 18 ВСВ с 24.02.2008г. по 16.03.2008 г. Помимо российских АЭ учащенное зондирование проводилось норвежской АЭ на острове Медвежий и немецкой полярной исследовательской базой в Ню-Олесунде на Щпицбергене. В эксперименте также участвовал самолет-метеолаборатория Фалькон и два беспилотных летательных аппарата.

Полевой эксперимент зимней фазы Т-ПАРК проводился с целью повышения точности прогнозов неблагоприятных погодных явлений с заблаговременностью на 3-6 дней, используя дополнительные адаптивные наблюдения на станциях радиозондирования в Сибири и на Дальнем Востоке, сбрасываемые с исследовательских самолетов над Тихим океаном дроп-зонды, а также данные метеорологических наблюдений программы E AMDAR с борта европейских самолетов, совершавших коммерческие рейсы в этом регионе. В рамках полевого эксперимента зимней фазы Т-ПАРК 37 аэрологических станций Росгидромета в период с 7.01.2009 по 28.02.2009 проводили дополнительные адаптивные выпуски в 06 и 18 ВСВ по специальным запросам. Дополнительные выпуски проводились в рамках так называемых периодов интенсивных наблюдений (ПИНа) по 24 часа каждый, которые предположительно предшествовали неблагоприятным/опасным явлениям погоды. Всего было проведено 33 ПИНа. Для каждого ПИНа выбор станций, на которых требовалось провести дополнительные выпуски, осуществлялся в NCEP NOAA за ~30 часов до дополнительного выпуска 06 ВСВ и доводился до ГРМЦ по электронной почте. ГРМЦ оперативно транслировал запросы на станции по каналам связи Росгидромета. Всего было произведено 604 дополнительных выпуска.

Результаты дополнительных радиозондовых выпусков в коде КН-04 ТЕМП оперативно поступали по каналам ГСТ ВМО во все мировые метеорологические центры и были использованы для подготовки оперативных численных прогнозов, в настоящее время они доступны во всех мировых метеорологических центрах данных.

Особенностью радиозондовых наблюдений в обоих экспериментов стало получение детальных профилей вертикального распределения метеовеличин с высоким вертикальным разрешением (~50-100 м). В эксперименте «Норвегия - МПГ - ТОРПЕКС» такие профили оперативно передавались по электронной почте, а по завершению эксперимента были переданы в соответствующий центр данных – ВНИИГМИ-МЦД. В зимней фазе Т-ПАРК подавляющее большинство станций такими возможностями не обладало, данные были собраны после завершения эксперимента и произведена их соответствующая обработка. В октябре они будут переданы в NCEP-NOAA и ВНИИГМИ-МЦД и, наряду с другими данными наблюдательных систем, станут доступны для численных экспериментов с целью оценки сравнительного вклада учащенных наблюдений с разных платформ в точность численных прогнозов как для региона интереса, так и в целом по Северному полушарию.

Хотя оба эксперимента имели различный охват и длительность, они дали ценный опыт, показывающий, что применение адаптивных стратегий для радиозондовых наблюдений требует гораздо более тщательной организации и снабжения. Поэтому о целесообразности применения таких стратегий можно будет говорить только после наглядной демонстрации повышения точности прогнозов по результатам проведенных численных экспериментов.

Политико-экономические преобразования государственной деятельности в нашей стране 80-90-х годов прошлого века привели к резкому сокращению российской деятельности в Антарктике. Однако, предпринятые организационные шаги позволили сохранить основные направления деятельности РАЭ при существенном сокращении ее инфраструктуры. Постановлением Правительства РФ от 27 августа 1997 года №1113 «О деятельности Российской антарктической экспедиции» были определены минимально допустимые параметры деятельности РАЭ. Они состояли из пяти круглогодично действующих станций (Мирный, Восток, Прогресс, Новолазаревская, Беллинсгаузен), двух сезонных полевых баз (Дружная-4 и Молодежная), двух экспедиционных судов, двух вертолетов и двух самолетов. Укрепление отечественной экономики, наметившееся в начале XXI века, позволило расширить сферу активности РАЭ. Распоряжением Правительства РФ от 2 июня 2005 года №713-Р на период с 2006 по 2010 г.г. параметры экспедиции были расширены, за счет увеличения числа сезонных полевых баз (дополнительно Союз, Русская, Ленинградская), увеличения парка воздушных судов, включая самолет ИЛ-76ТД и расширения численного состава экспедиции.

24 апреля 2008 года Правительство РФ на своем заседании рассмотрело вопрос «Об обеспечении государственных интересов Российской Федерации в высокоширотных и полярных регионах».

Протокольным решением этого заседания Росгидромету, при участии заинтересованных органов федеральной исполнительной власти, поручалось разработать «Стратегию развития деятельности в Антарктике на период до 2020 года и более отдаленную перспективу». В разработанном проекте этого документа предлагается определить стратегической целью России в южном полярном регионе реализацию национальных интересов в соответствии с основными направлениями внешней и внутренней политики в части, касающейся Антарктики, а также предотвращение (минимизация последствий) угроз национальным интересам России в Антарктике. Реализация этой цели достигается за счет трех подцелей:

- обеспечение национальной безопасности РФ путем предотвращения возникновения очагов международной напряженности в Антарктике и природно-климатических угроз глобального характера;

- укрепление экономического потенциала России за счет комплексного использования имеющихся водных биологических ресурсов Южного океана, а также возможного использования в перспективе минеральных, углеводородных и других видов природных ресурсов Антарктики;

- усиление международного престижа РФ за счет масштабных политических, социальных, научных, природоохранных акций и достижений.

Практическое выполнение поставленных тематических задач неразрывно связано с развитием соответствующей инфраструктуры, действующей в регионе. Данное развитие может быть осуществлено за счет создания принципиально новой инфраструктуры, отвечающей поставленным требованиям или реконструкцией и модернизацией созданной в советский период, инфраструктуры. Политико-правовой анализ этих подходов показал, что второй путь связан со значительно меньшими финансовыми ресурсами, привлекаемыми для этих целей с возможностью параллельного выполнения широкого комплекса фундаментальных и прикладных научных исследований в Антарктике. При реализации первого подхода нельзя забывать о необходимости строгого соблюдения правил Протокола по охране окружающей среды к Договору об Антарктике, т.к. прекращение любого вида деятельности в регионе влечет за собой необходимость удаления из него всех сооружений и оборудования, включая отходы жизнедеятельности с неиспользованных объектов, а также проведение рекультивационных мероприятий на территориях, занимаемых этими объектами. Стоимость подобных операций чрезвычайно высока, что в обязательном порядке отразится на выполнении других задач РАЭ.

С целью создания комплексного Западно-Сибирского зонального трансекта мониторинга сезонно-талого слоя (СТС) полевым экспедиционным отрядом ИКЗ СО РАН в 2008 году были организованы две режимные площадки. Они расположены в центральных континентальных районах Западной Сибири, на левобережье р. Пур, в подзонах южной лесотундры и южной тундры. Территория Уренгойского НГКМ в настоящее время интенсивно осваивается, поэтому обе площадки, находящиеся в естественных относительно ненарушенных условиях, могут в дальнейшем показать влияние техногенеза на динамику сезонного протаивания ММП. Площадки приурочены к полигонам режимных геокриологических наблюдений, организованным на Уренгойском месторождении еще в 1975-1976 гг. По термометрическим скважинам глубиной 10-12 м, где ежегодно проводились замеры температур, можно уточнить и дополнить результаты наблюдений за сезонно-талым слоем. На обеих площадках, разбитых по стандартной методике CALM (100х100 м, с шагом 10 м) проведено комплексное ландшафтно-геохимическое опробование. Ежегодно, в конце теплого сезона года здесь планируется проводить измерение мощности СТС.

В районе УКПГ-5 (южная лесотундра) площадка расположена в пределах IV озерно-аллювиальной равнины, занимающей около 40% площади Надым-Пуровской подпровинции морских и озерно-аллювиальных южнолесотундровых равнин и являющейся главным водоразделом левых притоков р. Пур. Равнина сложена суглинисто-песчаными отложениями (нередко перекрытыми торфом). Преимущественно сильнольдистые ММП (суммарная влажность песков – 22-25%, суглинков – 35-50%) имеют практически сплошное распространение. Повсеместно развиты криогенные процессы. На площадке доминирует водораздельный торфяник, в краевой части переходящий в придолинное лиственничное лишайниковое редколесье. По данным замеров температуры в режимных скважинах и геофизическим материалам кровля ММП под лиственничным редколесьем опускается на глубину 4-6 м.

В районе УКПГ-15 (южная тундра) площадка расположена на III морской равнине, преобладающей в пределах Тазовской подпровинции морских южнотундровых равнин, и сложенной преимущественно суглинистыми отложениями. Сильнольдистые ММП (суммарная влажность суглинков – до 60%, песков – 21-28%) имеют сплошное распространение с поверъности. Доминирующая на площадке геосистема – травяно-кустарничково-мохово-лишайниковые тундры с редкими пятнами-медальонами.

Работы проводятся при поддержке РФФИ (грант 08-05-00872а), в рамках разделов Программы ОНЗ РАН №13 «Эволюция криосферы в условиях меняющегося климата» и являются частью многолетнего (с начала 1990-х годов) международного Проекта CALM (Циркумполярный мониторинг сезонно-талого слоя).

Информационная система данных Международного полярного года
Шаймарданов М.З., Кузнецов А.А., Михайлов Н.Н.

ГУ «ВНИИГМИ-МЦД» Росгидромета

1. 
   Одной из важнейших задач научной программы Международного Полярного Года 2007/08 было создание полного и высококачественного полидисциплинарного информационного фонда по полярным областям Земли, аккумулирующего результаты научных исследований в период МПГ и обеспечивающего потребности различных групп пользователей на международном и национальном уровнях.
   

В системе предусмотрено хранение метаданных в централизованное базе метаданных (ЦБМД), единая точка входа и доступа к данным через WEB- портал MPG-Info и распределенное между тематическими центрами данных МПГ хранение данных. На базе нескольких институтов различных ведомств образовано семь тематических центров данных МПГ по таким направлениям как метеорология и океанография (ВНИИГМИ-МЦД), геология (ВСЕГЕИ), геофизика (ГЦ РАН), морские льды (ААНИИ), экология и гляциология (ИГ РАН), биология (ЗИН РАН) и медицина (НИИПМ СГМУ), призванных осуществлять накопление, хранение и обслуживание пользователей соответствующими тематическими данными. Принцип обязательной регистрации данных через портал MPG-Info обеспечивает формирование общего каталога данных с указанием типа доступа – в режиме on-line или по запросу, адресованному в тематический центр данных МПГ.

Для загрузки данных и метаданных в базу системы МПГ-Инфо разработаны удаленные рабочие места, которые позволяют исполнителям проектов МПГ, используя Интернет, резервировать в системе информационное пространство для своих проектов, вводить метаданные через соответствующие формы и сохранять их в ЦБМД, загружать файлы данных, документы.

WEB-портал MPG-Info предоставляет пользователям Интернет возможности поиска, отбора и доступа к информационным ресурсам МПГ (описаниям проектов, проведенных экспедиций, результатов научных исследований, каталогам и описаниям массивов данных, загруженным файлам данных).

К настоящему времени через портал MPG-Info доступны следующие информационные ресурсы:

- каталог проектов, включенных в «План реализации научной программы участия Российской Федерации в проведении Международного Полярного года 2007/08», и связанные с ними метаданные (230 описаний);

- каталог исторических гидрометеорологических баз и массивов данных по полярным районам (92 описания);

- формализованные описания 95 морских и наземных экспедиций в Арктике и Антарктиде, выполненных в 2007-2009 г.г;

- массивы данных, полученные по проектам МПГ (описано 110 массивов, доступно в режиме on-line на MPG-Info – 40, ряд массивов недоступен on-line из-за большого объема).

- база оперативных океанографических и метеорологических данных с судов и буев по Арктике за 2007-2009 г.г. в объеме свыше 2.5 млн. сводок;

- массивы исторических данных (метеорология, океанография, геофизика, гляциология) по полярным районам Земли.

Разработка и создание информационных ресурсов для исследования криосферы полярных и высокогорных районов.
Хромова Т.Е.

Институт географии РАН

Проект «Информационное обеспечение исследований криосферы полярных и высокогорных районов» направлен на создание системы организации криосферных данных для обеспечения исследований в рамках МПГ. Деятельность по проекту включает реанимацию и перевод в цифровой формат архивов, в том числе результатов исследований по МГГ; создание информационных структур для организации вновь получаемых данных, в том числе в рамках МПГ. Разработка и создание такой системы на базе современных ГИС технологий, даст возможность превратить разнородные данные в информационный ресурс для оценки изменений произошедших в криосфере полярных и высокогорных районов за вторую половину ХХ века.

В рамках проекта создаются Интернет ресурсы, существенно расширяющие возможности информационного обеспечения исследований криосферы. Создана и постоянно пополняется специализированная страница «Гляциология» в рамках Географического портала. Продолжается формирование архива журнала «Материалы гляциологических исследований» и полнотекстовой библиотеки по гляциологии.

В Институте географии РАН создается тематический информационный центр, в котором размещаются результаты исследований, проведенных в рамках МПГ. Разрабатывается технология по управлению гляциологическими, экологическими и социально-экономическими данными. Технология предполагает формирование Каталога данных, формирование базы данных экспедиционных наблюдений и научных проектов национальной программы МПГ 2007/08 по гляциологии, экологии и социально-экономическому развитию, регистрацию эти данных в базе метаданных и включение их в информационные ресурсы системы МПГ-Инфо. Для реализации регистрации данных по гляциологии, экологии и социально-экономическому развитию в системе МПГ-Инфо разработаны специальные тематические рубрикаторы, позволяющие расширить тематику соответствующих разделов системы. Были так же составлены специальные формы для описания проектов МПГ, экспедиций и массивов данных.

В центральную базу метаданных единой системы информации о Мировом океане (ЕСИМО) включены 18 описаний экспедиций, 26 описаний массивов данных. 57 - массивов данных, могут быть предоставлены пользователю из Центра МПГ по запросу.

Подготовлены технологические документы:

Технология по управлению гляциологической, экологической и социально-экономической информацией. Общее описание.

Технология по управлению гляциологической, экологической и социально-экономической информацией. Описание информационной базы.

Технология по управлению гляциологической, экологической и социально-экономической информацией. Руководство пользователя.

Информационная технология внедрена в существующую схему функционирования системы МПГ-Инфо (центры МПГ, система МПГ-Инфо и пользователи) согласно установленного регламента.

Сведения о форматах, программные комплексах, базах данных и других средствах усовершенствованных технологий, эксплуатационной и методической документации включены в централизованнную базу метаданных ЕСИМО. Сформированные массивы и базы данных используются для обеспечения пользователей и выполнения научно-исследовательских работ по программе Международного полярного года.

В докладе представлены результаты работ по проекту за 2009 год, а так же планы на будущее.