Методы, критерии и модели для оценки критических уровней воздействия изменения климата на природные системы в районах распространения вечной мерзлоты проект РФФИ ОФИ-ц О.А. Анисимов, М.А. Белолуцкая, Е.Л. Жильцова, В.А. Кокорев, С.А. Ренева, Ю.Г. Стрельченко

Цели проекта Развить аксиоматику и критерии для определения критических уровней изменения климата. Развить аксиоматику и критерии для определения критических уровней изменения климата. Выделить ключевые климатозависимые элементы природной среды в районах распространения вечной мерзлоты. Выделить ключевые климатозависимые элементы природной среды в районах распространения вечной мерзлоты. Оценить степень воздействия изменений климата 21 века на природную среду в криолитозоне России и близость его к критическому уровню. Оценить степень воздействия изменений климата 21 века на природную среду в криолитозоне России и близость его к критическому уровню. Развить аксиоматику и критерии для определения критических уровней изменения климата. Развить аксиоматику и критерии для определения критических уровней изменения климата. Выделить ключевые климатозависимые элементы природной среды в районах распространения вечной мерзлоты. Выделить ключевые климатозависимые элементы природной среды в районах распространения вечной мерзлоты. Оценить степень воздействия изменений климата 21 века на природную среду в криолитозоне России и близость его к критическому уровню. Оценить степень воздействия изменений климата 21 века на природную среду в криолитозоне России и близость его к критическому уровню.

За критический принимается уровень изменения климата, приводящий к существенным изменениям ключевых элементов (природной) среды.За критический принимается уровень изменения климата, приводящий к существенным изменениям ключевых элементов (природной) среды. Существенными являются изменения гистерезисного типа, при которых траектории климатообусловленного развития системы в прямом и обратном направлениях не совпадают.Существенными являются изменения гистерезисного типа, при которых траектории климатообусловленного развития системы в прямом и обратном направлениях не совпадают. Ключевыми элементами природной среды в криолитозоне являются вечная мерзлота и растительность.Ключевыми элементами природной среды в криолитозоне являются вечная мерзлота и растительность. Их существенными изменениями являются образование таликов и смещение растительных и мерзлотных зон.Их существенными изменениями являются образование таликов и смещение растительных и мерзлотных зон. Предлагаемая аксиоматика и критерий критического уровня изменения климата

Обобщение наблюдений за динамикой вечной мерзлоты и растительности.Обобщение наблюдений за динамикой вечной мерзлоты и растительности. Оценка степени обусловленности современных изменений вечной мерзлоты климатическими факторами.Оценка степени обусловленности современных изменений вечной мерзлоты климатическими факторами. Разработка сопряженных моделей растительности и вечной мерзлоты.Разработка сопряженных моделей растительности и вечной мерзлоты. Прогноз изменений растительности и вечной мерзлоты на середину и конец 21 века.Прогноз изменений растительности и вечной мерзлоты на середину и конец 21 века. Оценка и картирование критического воздействия изменения климата на природные системы криолитозоны России.Оценка и картирование критического воздействия изменения климата на природные системы криолитозоны России. Задачи, решаемые для достижения целей проекта

Тренды мощности сезонно-талого слоя по данным мониторинга,

Север ЕТРЗападная Сибирь Восточная Сибирь Чукотка R24 R23 R2 R3 R5 R1 R32 R29a R8 R20 R17 R13a R11 R9 R27 Многолетняя динамика мощности сезонно-талого слоя по данным мониторинга

Изменения вечной мерзлоты с 1970-х гг. на севере ЕТР (Оберман, 2010; Оберман и Шеслер, 2009) Области частичного или полного протаивания ММП. Их граница сместилась к северу на км в Печерской низменности и до 80 км на равнинах Приуралья Современная область распространения ММП. Талики мощностью более 10 м, сформировавшиеся за 35 лет. Область перехода сплошного распространения ММП в прерывистое. За 35 лет граница зоны сплошного распространения сместилась к северу на км на равнинной тундре и на км в предгорьях Рост температуры ММП за 35 лет местами достигал 1 °С

Сеть наблюдений с учетом станций, измеряющих температуру почвы

Наблюдения за температурой почвы на глубинах Тренд среднегодовой температуры почвы на глубине 1.6 м, (°C/10 лет) (Шерстюков, 2009) 0.4

Соотношение изменений температур почвы и воздуха (изолинии) Тренд среднегодовой температуры воздуха, (°C/10 лет) 0.6

Соотношение изменений температур почвы и воздуха РегионΔТ в, гг. Тренды Т в и T п, C/10 лет K= тп / тв тв тп Европейский Север Cевер Западной Сибири Cредняя Сибирь Якутия Юг Сибири Прибайкалье, Забайкалье Северо - Восток Весь Север

Вклад температуры воздуха и высоты снега в тренды температуры грунтов

Мощность СТС, м Прогноз изменения мощности СТС Расчет по стационарной модели вечной мерзлоты с использованием мультимодельной (17 моделей) ансамблевой климатической проекции для сценария А2.

Северная тундраЮжная тундра Полярная пустыня Кустарничковая тундра Наземные наблюдения указывают на значительные изменения северной растительности в последние 2-3 десятилетия, проявляющиеся в изменении видового состава и смещении к северу границы леса, увеличении размера, сомкнутости и ареала кустарников в тундре. По данным биостанции Toolik Lake на Аляске в период с 1989 по 2008 г. доля сосудистых растений увеличилась на 16%, а несосудистых – уменьшилась на 18% (R. Van Bogaert et al., 2009, Arctic Report Card 2010) Наземные наблюдения за динамикой северной растительности

Соотношение между изменениями NDVI и суммами вегетационных температур в различных секторах субарктики (Walker et al.2010, Arctic Report Card 2010) Изменения индекса NDVI за период , % (Bhatt et al., 2010) Спутниковые циркумполярные наблюдения за динамикой растительности

Ординация растительных зон в пространстве биоклиматических индексов SumT>5; SumT5 / SumR SumT>5 D SumT

Эмпирико-статистическая модель растительной зональности Растительная зона SumT>5 SumT

8.Южная тайга 1.Бесплодные земли 2.Граминоидная тундра 3.Кустарничковая тундра 4.Кустарниковая тундра 5.Лесотундра 6.Северная тайга 7.Средняя тайга 9.Смешанный лес 10.Широколиственный лес 11.Степи 12.Полупустыни 13.Альпийская тундра 14.Субгольцы 15.Горная тайга Растительные зоны

Валидация модели растительной зональности Актуальная карта растительности Расчет по модели Южная тайга 1.Бесплодные земли 2.Граминоидная тундра 3.Кустарничковая тундра 4.Кустарниковая тундра 5.Лесотундра 6.Северная тайга 7.Средняя тайга 9.Смешанный лес 10.Широколиственный лес 11.Степи 12.Полупустыни 13.Альпийская тундра 14.Субгольцы 15.Горная тайга

Прогноз растительной зональности Области критического воздействияПериодЕТРЗап.СибирьВ.СибирьД.ВостокРФ %70%60%40%55% %90%75%50%70% Доля криолитозоны, подверженная критическому воздействию

Разработана аксиоматика и критерии для определения критических уровней изменения климата.Разработана аксиоматика и критерии для определения критических уровней изменения климата. Проведен анализ климатообусловленных изменений ключевых элементов природной среды криолитозоны России.Проведен анализ климатообусловленных изменений ключевых элементов природной среды криолитозоны России. Разработана эмпирико-статистическая модель растительности.Разработана эмпирико-статистическая модель растительности. Построен прогноз изменения растительных зон и вечной мерзлоты для нескольких временных срезов с использованием ансамблевой климатической проекции для 21 века.Построен прогноз изменения растительных зон и вечной мерзлоты для нескольких временных срезов с использованием ансамблевой климатической проекции для 21 века. В пределах криолитозоны России выявлены регионы, где в 21 веке возможно превышение критического уровня климатического воздействия на природные системы.В пределах криолитозоны России выявлены регионы, где в 21 веке возможно превышение критического уровня климатического воздействия на природные системы. Основные полученные результаты

Возможности использования результатов проекта Целью адаптации к изменению климата является сохранение био-геосистемной и социально-экономической устойчивости. Целью адаптации к изменению климата является сохранение био-геосистемной и социально-экономической устойчивости. Оценки соответствующих критических уровней воздействия целесообразно положить в основу разрабатываемой стратегии адаптации секторов экономики, социальных систем, землепользования и геополитики России к прогнозируемым изменениям климата. Оценки соответствующих критических уровней воздействия целесообразно положить в основу разрабатываемой стратегии адаптации секторов экономики, социальных систем, землепользования и геополитики России к прогнозируемым изменениям климата. Развитые в проекте аксиоматика, критерии и методы позволяют определить критические уровни климатического воздействия на природные и социально-экономические системы. Развитые в проекте аксиоматика, критерии и методы позволяют определить критические уровни климатического воздействия на природные и социально-экономические системы. Знание таких уровней позволит придать разрабатываемой стратегии упреждающий характер. Знание таких уровней позволит придать разрабатываемой стратегии упреждающий характер. Целью адаптации к изменению климата является сохранение био-геосистемной и социально-экономической устойчивости. Целью адаптации к изменению климата является сохранение био-геосистемной и социально-экономической устойчивости. Оценки соответствующих критических уровней воздействия целесообразно положить в основу разрабатываемой стратегии адаптации секторов экономики, социальных систем, землепользования и геополитики России к прогнозируемым изменениям климата. Оценки соответствующих критических уровней воздействия целесообразно положить в основу разрабатываемой стратегии адаптации секторов экономики, социальных систем, землепользования и геополитики России к прогнозируемым изменениям климата. Развитые в проекте аксиоматика, критерии и методы позволяют определить критические уровни климатического воздействия на природные и социально-экономические системы. Развитые в проекте аксиоматика, критерии и методы позволяют определить критические уровни климатического воздействия на природные и социально-экономические системы. Знание таких уровней позволит придать разрабатываемой стратегии упреждающий характер. Знание таких уровней позволит придать разрабатываемой стратегии упреждающий характер.