Заведующий лабораторией
ПОЛОНСКИЙ АЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ
член-корреспондент РАН, д.г.н., профессор
Сотрудники лаборатории:
Лысенко Виталий Иванович — старший научный сотрудник (к.г.н.)
Федотов Александр Борисович — старший научный сотрудник (к.ф.-м.н.)
Мельникова Елена Борисовна — старший научный сотрудник (к.н.)
Сухонос Павел Алексеевич — старший научный сотрудник (к.ф.-м.н.)
Базюра Екатерина Анатольевна — научный сотрудник (к.ф.-м.н.)
Пекарникова Марина Евгеньевна — научный сотрудник
Торбинский Антон Викторович — научный сотрудник (к.ф.-м.н.)
Серебренников Александр Николаевич — научный сотрудник
Валле Александра Андреевна — научный сотрудник
Гребнева Елена Александровна — младший научный сотрудник
Губарев Алексей Владимирович — младший научный сотрудник
Еремеев Леонид Андреевич — ведущий инженер
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТ
1. Изучение механизмов климатической изменчивости различных масштабов:
– Численное моделирование эволюции струйного зонального ветрового течения с использованием комбинированной диссипации;
– Исследование изменчивости турбулентных потоков тепла с использованием разложения на эмпирические ортогональные функции;
– Влияние Индоокеанского диполя на пространственно-временную изменчивость приземной температуры воздуха над территорией Европы и Северной Африки.
2. Исследование черноморских проявлений глобальной климатической изменчивости:
– Тенденции изменений в климатической системе Черного моря различных пространственно-временных масштабов;
– Пространственно-временная изменчивость гидрохимической системы Черного моря различных пространственно-временных масштабов;
– Отклик биологических процессов в экосистеме Черного моря на региональную климатическую изменчивость.
3. Политико-правовая оценка деятельности по контролю за антропогенными изменениями климата на современном этапе.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ
Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование климатической системы на масштабах от глобального до регионального. Закономерности и механизмы формирования региональных климатических тенденций и гидрометеорологических аномалий под влиянием глобальных процессов в системе океан-атмосфера, численное моделирование изучаемых процессов.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Изучение механизмов климатической изменчивости глобального и регионального масштабов:
— На основании анализа серии численных экспериментов в рамках двухслойной океанической модели показано, что при ослаблении ветровой циркуляции в период глобального потепления должна наблюдаться трансформация спектра флюктуаций крупномасштабных течений. Основными проявлениями этой трансформации являются изменение интенсивности флюктуационных компонент в поле скорости течений и формирование значимых пиков в энергетических спектрах на типичных периодах около 25 лет. Этот эффект связан с усилением неустойчивости циркуляции и эволюцией крупномасштабных круговоротов. Принципиально этот результат не меняется при использовании различной параметризации горизонтального турбулентного обмена в океане (если моделируемые скорости течений близки к наблюдаемым).
— На основании сравнительной оценки долгопериодных тенденций в изменении интенсивности крупнейших восточных Атлантических и Тихоокеанских апвеллинговых систем по данным о температуре поверхности океана и трем наборам данных о приповерхностном ветре, подготовленных разными научно-исследовательскими группами на основании спутниковой информации, показано, что:
- все временные ряды демонстрируют общую тенденцию усиления апвеллингов с 1980-х гг., что подтверждает полученные ранее данные об интенсификации Канарского, Бенгельского, Калифорнийского, Перуанского и Чилийского апвеллингов в период глобального потепления;
- с начала 2000-х гг. интенсификация апвеллингов, оцененная по наиболее надежным данным, практически прекратилась. Это свидетельствует о важнейшей роли естественных климатических вариаций междесятилетнего масштаба в формировании изменчивости интенсивности апвеллингов в период проведения регулярных спутниковых измерений;
- на примере Бенгельского апвеллинга выполнен анализ относительной значимости влияния изменений модуля вектора и направления приповерхностного ветра на межгодовую и междекадную изменчивость экмановского индекса апвеллинга. Получено, что усиление скорости ветра, как правило, сопровождается таким изменением направления ПВ в прибрежной зоне, которое благоприятствует интенсификации апвеллинга. В целом, изменение модуля ветра в большей степени влияет на изменение индекса апвеллинга, чем изменение направления ПВ. Вместе с тем, в отдельные периоды (например, в последние несколько лет) роль изменения ориентации вектора ветра в апвеллинговой зоне возрастает и становится более важной, чем роль вариаций модуля вектора ветра.
— Выполнен сравнительный анализ межгодовой-междесятилетней изменчивости и трендов суммарных турбулентных потоков тепла (H + LE) в Атлантическом регионе, оцененных по различным данным и для двух периодов (1958-2020 гг. и 1980-2020 гг.). Показано, что максимумы низкочастотной изменчивости в регионе формирования Североатлантической глубинной водной массы и в окрестности Гольфстрима в зимний период выделяются по данным всех исследуемых массивов. Наибольшие амплитуды низкочастотных колебаний в этих регионах получены по данным реанализов NCEP/NCAR и NCEP-DOE. Для обоих периодов по данным всех использованных массивов выявлено, что значимые положительные тренды (H + LE) соответствуют окрестностям западных частей субтропических антициклонических круговоротов, а области отрицательных значимых трендов располагаются преимущественно между 20°с.ш. и 5°ю.ш., в отдельных частях регионов формирования Североатлантической глубинной водной массы и в окрестности Антарктического Циркумполярного течения. При разложении поля (H+LE) из реанализа NCEP/NCAR для Атлантического океана на ЭОФ (после удаления линейного тренда) получено, что коэффициент корреляции первой ЭОФ (H+LE) с индексом АМО составляет -0,69, а второй — с индексом САК — 0,45. Это означает, что два указанных сигнала отвечают более, чем за 65% дисперсии турбулентных потоков тепла в Атлантическом регионе, обусловленной старшей ЭОФ. Выделены зоны, в которых амплитуда вариаций потоков тепла, обусловленных этими климатическими модами, максимальна.
— По данным реанализа ERA5 выделен значимый сигнал в поле приземной температуры над Африканско-Европейским регионом в летне-осенний период, связанный с Индоокеанским диполем. Показано, что это явление значимо влияет на первую ЭОФ в поле ПТВ с июня по октябрь с максимальным (по модулю) значением коэффициента корреляции (−0,46 в октябре) и вносит соответственно ~13% в общую дисперсию ПТВ. Влияние ИД на климатическую изменчивость исследуемого региона сводится к возбуждению возмущений над Индийским океаном в период зрелой фазы диполя и последующему распространению их в атмосфере в западном направлении. Продемонстрировано, что изменчивость метеорологических параметров в Северо-Африканском регионе в летне-осенний период оказывает влияние на климат Европы через меридиональный перенос воздушных масс, интенсифицирующийся во время явления ИД.
Исследование Черноморских проявлений глобальной климатической изменчивости:
— На основании анализа спутниковых данных с 1982 по 2021 гг. с пространственным разрешением 0,05° × 0,05° подтверждено общее повышение температуры поверхности Черного моря, составляющее в среднем за год около 2,5°С/40 лет. Максимальное ежегодное приращение ТПМ, обусловленное линейным трендом, отмечается в мае-июне. В эти месяцы гидрологической весны скорость роста ТПМ примерно в полтора раза больше, чем в октябре-ноябре. Общее потепление поверхностного слоя вод наиболее выражено в северо-восточной части моря. На протяжении большей части года общее потепление поверхностного слоя вод не сопровождается значимым увеличением внутримесячной дисперсии ТПМ. Такое увеличение отмечается только в некоторые месяцы переходных сезонов, особенно в период гидрологической весны, когда значимо возрастает абсолютная величина экстремальных термических аномалий и их площадь. Максимальные амплитуды межгодовых вариаций ТПМ приурочены к северо-западной части ЧМ. Существенное влияние на пространственно-временную структуру ТПМ оказывают изменения в полях атмосферного давления и ветра. Долгопериодные тенденции приводного давления над ЧМ указывают на интенсификацию региональной циклонической активности в атмосфере, что приводит к усиленной генерации отрицательных аномалий ТПМ. Протяженные холодные аномалии значительной амплитуды (до -6…-5ºС) возникают преимущественно в теплое полугодие (особенно, в мае и октябре) за счет развития апвеллингов ветрового происхождения различных типов. Теплые аномалии также чаще всего регистрируются в мае и (в меньшей степени) в октябре. Они генерируются аномальными потоками тепла на поверхности моря (в том числе, на мелководных участках шельфа, где в их формировании могут принимать участие и аномально теплые речные воды), и распространяются на открытые участки акватории за счет горизонтальной адвекции преимущественно ветрового происхождения.
— Анализ данных по величине растворенного в поверхностном слое вод Черного моря кислорода с 2023 г. по настоящее время, накопленных в архивной базе ИПТС, позволил обнаружить, что и в северо-западной, и в открытой частях моря в весенний период года с 1923 по 1932 гг. наблюдались самые низкие за последние 100 лет концентрации кислорода. В первую очередь это связано с аномальным прогревом поверхностных вод в указанный период. Вторичный минимум концентрации растворенного кислорода в верхнем слое северо-западной части моря приходится на 1970 — середину 1980 гг. Основная причина его появления – эвтрофикация вод, начавшаяся с северо-западной части моря и распространившаяся затем на внутренние участки акватории. Тренды величины растворенного в верхнем части промежуточных вод Черного моря кислорода, рассчитанные по архивным данным с 1955 по 2020 гг., выявили уменьшение количества кислорода в центрах западного и восточного циклонических круговоротов и его повышение на периферии. Это свидетельствует о том, что важную роль в долгопериодной изменчивости растворенного в верхнем части промежуточных вод кислорода играет низкочастотная изменчивость вертикальных движений в основном пикноклине.
— Пополнение базы данных ИПТС результатами измерений величины рН, выполненными сотрудниками института в рейсах 2019-2022 гг., и применение оригинальной методики учета закономерностей пространственно-временной изменчивости рН поверхностных вод глубоководной части Черного моря в условиях ограниченности данных полевых исследований позволили существенно уточнить скорость подкисления этих вод за последние 45 лет. Получено, что значения pH снижались за период с 1977 по 2022 гг. со средней скоростью около 0,024 ед. pH/10 лет, что близко к тенденциям, наблюдаемым в других регионах открытых частей Мирового океана, но несколько превышает их по абсолютной величине. Вероятно, это связано с долговременной интенсификацией вертикальной циркуляции вод в Черном море, приводящей к дополнительному подкислению поверхностных вод из-за более быстрого подъема промежуточных вод с пониженными величинами рН. На межгодовом масштабе в зимний период этот механизм проявляется в виде значимого влияния ВАК на аномалии величины рН верхнего слоя вод Черного моря. Разность между аномалиями величины рН на поверхности моря с ноября по февраль между положительной и отрицательной фазами ВАК составляет около –0,17 ед. рН (в среднем по всей акватории моря). Причем в поле пространственного композита эта разность отрицательна практически на всей акватории. Это значит, что в зимний период года при положительной фазе ВАК+ происходит тенденция уменьшения величины рН в верхнем слое вод. Значимые области отрицательных величин композита рН выделяются в восточной и западной частях моря, там, где выполнено достаточное количество измерений.
Политико-правовая оценка деятельности по контролю за антропогенными изменениями климата, за эмиссией парниковых газов на современном этапе:
— Рассмотрен вопрос о принципиальной достижимости одной из основных целей Парижского соглашения, заключающейся в ограничении роста температуры антропогенного происхождения по сравнению с доиндустриальным периодом в пределах 1,5°С. Для ответа на поставленный вопрос проанализирована существующая на сегодняшний день система правового регулирования и контроля за антропогенными выбросами парниковых газов и привлечены выводы первой рабочей группы Международной группы экспертов по климату (IPCC), подготовленных в рамках 6-го Оценочного доклада IPCC. Показано, что достижение такого показателя роста температуры при существующей нормативно-правовой базе, действующей в основных странах-эмитентах, невозможно. Этот результат подтвержден выводами третьей рабочей группы Международной группы экспертов, подготовленных в рамках 6-го Оценочного доклада IPCC. Даже при самом благоприятном (и относительно реалистичном) сценарии социо-экономического развития потепление к концу 21 века будет намного более интенсивным, чем декларируется в Парижском соглашении, и составит от 2.1°C до 3.5°C. Вместе с тем, и такая скорость роста приземной температуры в 21 веке может быть превышена из-за непоследовательности в проведении национальной климатической политики ведущими эмитентами парниковых газов. Этот результат продемонстрирован на примере США – второй по величине выбросов парниковых газов страны в мире.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ЛАБОРАТОРИИ
