Информация о ходе выполнения проекта № 075-15-2021-934

Исследование антропогенных и естественных факторов изменений состава воздуха и объектов окружающей среды в Сибири и Российском секторе Арктики в условиях быстрых изменений климата с использованием УНУ «Самолет-лаборатория Ту-134 "Оптик"»

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении из федерального бюджета гранта в форме субсидии от 28.09.2021 № 075-15-2021-934 (внутренний номер № 13.МНПМУ.21.0002) на этапе № 2 в период с 01.01.2022 г. по 31.12.2022 г. выполнялись следующие работы:

1. Проведены дооснащение новыми измерительными системами и установками УНУ «Самолет-лаборатория Ту-134 "Оптик"» и их испытания в тестовых полетах.
2.  Впервые в мировой научной практике в осуществлен многоуровневый эксперимент (Арктический полет), в ходе которого получены уникальные данные о составе и физико-химических характеристиках воды в верхнем слое Ледовитого океана, составе воздуха в приводном слое Карского моря, его пограничном слое и во всей тропосфере и нижней стратосфере.
3. Были организованы подсамолетные наземные сопровождающие измерения в пяти пунктах на суше и корабельные измерения на НИС «Академик Мстислав Келдыш» в Карском море.
4. Выполнено численное моделирование процессов переноса примесей в Арктический регион, включая волновые процессы.
5. Осуществлен отбор проб воздуха на территории болотных экосистем Сибири (стационар «Мухрино», ХМАО; стационар «Васюганье», Томская обл.).
6. Проведен анализ изотопного состава парниковых газов болотных экосистем.
7. Разработана методика визуализации турбулентных характеристик атмосферы для экипажа самолета-лаборатории.

При этом были получены следующие результаты:

• В период с 8 по 11 сентября 2022 года осуществлен комплексный Арктический эксперимент по измерению состава воздуха с сопровождением наземными подсамолетными измерениями в пяти пунктах на суше и корабельными на НИС «Академик Мстислав Келдыш» на акватории Карского моря, включающими измерение составляющих энергетического баланса поверхности и приземных потоков парниковых газов в приводном слое и в тропосфере.
• В поддержку самолетных измерений выполнены наземные исследования потоков парниковых газов, тепла и влаги в Российском секторе Арктики и Сибири, включая измерения на базе ГМО Тикси и в нижнем и среднем течении р. Лена, а также потоков парниковых газов, тепла и влаги на границе атмосфера-подстилающая поверхность в болотных экосистемах Сибири (стационар Мухрино, ХМАО; стационар Васюганье, Томская обл.) методом турбулентных пульсаций. Осуществленно сопоставление результатов потоков углерода в средней и южной тайге.
• В ходе подсамолетных корабельных экспериментов проведены измерения биооптических характеристик: коэффициента яркости водной толщи, показателей поглощения и ослабления морской воды, концентраций хлорофилла, взвешенного вещества, органического углерода, рассеянного осадочного вещества приводного слоя , концентрации метана, черного углерода, содержания растворенного метана в водной толще, потоков метана с акватории юго-западной части Карского моря. Проведен сбор данных о цвете морской поверхности для определения биооптических характеристик поверхностного слоя морской воды со спутниковых сканеров цвета MODIS и OLCI.  
• Выполнено  сопоставление некоторых результатов наземных, судовых и самолетных измерений: приводных концентраций CO2, CH4 и стабильного изотопа δ13C в метане, составляющих энергетического баланса поверхности и приземных потоков парниковых газов в приводном слое и в тропосфере над Российским сектором Арктики.
• Осуществлен отбор проб воздуха на территории болотных экосистем Сибири (стационар Мухрино, ХМАО; стационар Васюганье, Томская обл.) и проведен анализ изотопного состава парниковых газов болотных экосистем.
• Проведены исследования изотопного состава углерода (δ13С) атмосферного аэрозоля, отобранного во время полетов водонерастворимого углерода (WInsC), водорастворимого органического углерода (WSOC) и элементного углерода (ЕС). Выявлены различия значений величины δ13C в отдельных углеродсодержащих фракциях аэрозоля, которые  подтверждают наличие разных источниках происхождения органического углерода.
• Реализован комплексный подход к исследованию волновых и вихревых движений в атмосфере в Арктическом регионе и их роли в распространении загрязняющих примесей, включающий натурный  эксперимент и численные расчеты по верифицированной модели формирования внутренних гравитационных волн и сравнения ее результатов с экспериментальными спектрами мезомасштабных флуктуаций скорости ветра, температуры и концентрации примесей̆ в тропосфере и стратосфере, полученных дистанционными и контактными методами зондирования, включая радары, лидары, шаропилоты, самолетные измерения и акустическое зондирование атмосферы. Проведены расчеты динамических проявлений внутренних гравитационных волн в верхней̆ тропосфере Арктического региона.
• Получены оценки региональных и глобальных (для всей Северной Евразии) трендов эмиссий примесей от природных пожаров,  потоков метана от океана и от суши в Арктике и Сибири с помощью решения обратной задачи и модели HYSPLIT, основанные на численных модельных экспериментах и данных измерений состава воздуха на региональных фоновых станциях атмосферного мониторинга и данных самолетных измерений. Сделаны оценки  влияния региональных источников атмосферного загрязнения и трансграничного переноса на тропосферную фотохимическую систему в Сибири и Арктике.
• Проведен статистический анализ данных наблюдений и реанализов  с целью выявления значимых тенденций изменений характеристик  климата, в т.ч. экстремальных погодных явлений, и атмосферной  циркуляции в современный период в регионах Северной Евразии и Арктики. Выполнены оценки вариаций переноса массы через параллель 70° с.ш. в Северной Евразии, статистический анализ характеристик климата в регионах Северой Евразии по данным наблюдений, реанализа и моделей климата, анализ распределения зон струйных течений (СТ) в высоких и умеренных широтах в Северном полушарии.
• Разработана методика визуализации турбулентных характеристик атмосферы для экипажа самолета-лаборатории.

Таким образом, все запланированные на этапе 2 проекта задачи выполнены, а полученные результаты соответствуют Плану работ научного исследования.