Ученые-климатологи поделились результатами уникальных исследований | Новости науки

Лесные пожары, наводнения, волны аномальной жары или экстремальных штормов — для предотвращения или смягчения последствий этих катастрофических явлений необходим комплексный научный подход. Такие процессы важно понимать, прогнозировать, повышать устойчивость и адаптивность к ним природных и природно-технических систем. Своими разработками и успехами в этой области поделились севастопольские ученые.

Исследования сотрудников ФГБНУ «Институт природно-технических систем» в области понимания и прогнозирования фундаментальных процессов в климатической системе Земли

Важнейшим механизмом, вызывающим интенсивные природно-климатические аномалии, исследователи называют глобальный конвейер циркуляции вод в Мировом океане от поверхности до дна. Яркий элемент этой циркуляции в Северной Атлантике — течение Гольфстрим. Остановить это течение (и весь конвейер) может термохалинная катастрофа, вызванная таянием материкового льда и распреснением поверхностных вод. 

Вероятность термохалинной катастрофы возрастает при переходе от ледниковых периодов и климатическим оптимумам, а также при резком потеплении климата антропогенного происхождения. Результаты, полученные в ИПТС, показывают, что в современную климатическую эпоху и при наблюдаемой скорости роста температуры у поверхности Земли эта вероятность незначительная.

В то же время ученые исследовали сценарии таяния материкового льда в Центральном Кавказе в бассейнах рек Терек и Кубань в XXI веке с помощью специального гляциологического блока в глобальной российской климатической модели. Оказалось, что в «экстремальном» сценарии (с наибольшими антропогенными выбросами парниковых газов) к концу XXI века лед останется практически только на Эльбрусе.

Для понимания процессов в Черном море создана одна из лучших в мире региональных геоинформационных систем (ГИС). В ее основе — наиболее полный банк океанографических и гидрометеорологических данных и оригинальная информационно-аналитическая система обработки и анализа. С использованием этой ГИС специалисты получили ряд новых фундаментальных результатов в области региональной океанографии и климатологии.

В частности, ученые узнали, что понижение содержания кислорода и падение величины рН (подкисление) в поверхностных и подповерхностных слоях Черного моря с одновременным подъемом уровня сероводородного слоя в последние десятилетия связаны с интенсификацией циркуляции вод из-за усиления неоднородности поля ветра в Черноморском регионе. Вместе с тем, они выявили, что самые низкие концентрации кислорода в поверхностном слое Черного моря за последние 100 лет регистрировались в мае–июне 1923–1932 гг. в связи с аномально высокой температурой этого слоя вод и пониженным речным стоком.

В институте создали математическую модель на основе искусственных нейронных сетей, которая позволяет давать климатический прогноз на год вперед, например будет ли более жарким или влажным каждый следующий месяц, повысится ли число дней с экстремальными осадками в горном Крыму. Такая информация среди прочего позволяет принять меры, обеспечивающие наполняемость водохранилищ, подготовку к паводкам и селям. 

При этом модель анализирует состояние глобальной климатической системы и может давать прогноз для любой точки Земного шара. По качеству прогноза аномалий температуры на 2023, 2024 и 2025 гг. эта модель оказалась одной из лучших в мире и лучшей в России. В апреле этого года модель рекомендована к внедрению в Гидрометцентре РФ.

Анализ правовых актов основных стран-эмитентов антропогенных выбросов показал, что достижение целей Парижского соглашения по ограничению роста глобальной температуры на 1,5-2,0°С к концу XXI века невозможно при существующей нормативно-правовой базе. Даже при самом благоприятном и относительно реалистичном сценарии потепление составит от 2,1°C до 3,5°C. Такая скорость роста температуры может быть превышена из-за непоследовательности национальной климатической политики ведущими эмитентами парниковых газов, как демонстрирует пример США, занимающих второе место в мире по величине выбросов парниковых газов.

Исследования в области устойчивости и адаптивности природных и природно-технических систем

Сотрудники института разработали концепцию постоянного экологического мониторинга и раннего оповещения о неблагоприятных экологических ситуациях в прибрежных районах курортных городов на основе 10-го поколения отечественной контрольно-измерительной аппаратуры водной среды. Особенностью системы стала сеть биосенсорных комплексов раннего оповещения, в которых в качестве биодатчиков используются мидии.

Также ученые создали технологию защиты морских берегов от размыва ветровыми волнами с помощью природоподобных разработок, имитирующих работу морских водорослей и использующих энергию вихре-волновых процессов в прибрежной зоне моря. Разработки вызвали интерес Министерства транспорта РФ.

Современным трендом в области экологической энергетики является внедрение элементов возобновляемых источников энергии в традиционные энергетические установки, т. е. создание гибридных и комбинированных установок. Исследователи показали, что включение солнечного коллектора в состав микрогазотурбинных двигателей обеспечивает повышение эффективности использования топлива на 10–12% в зависимости от климатических условий (от умеренных до тропических). Даже при отсутствии солнечной радиации такие установки характеризуются высоким коэффициентом полезного действия и могут использоваться в климатических районах, имеющих высокий приход прямой солнечной радиации.

В ИПТС разработали системы гибких когенерационных микрогазотурбинных установок (установок совместного производства электро- и тепловой энергии) для повышения устойчивости электро- и теплоснабжения объектов промышленности и сельского хозяйства, а также подводного и надводного транспорта. Технология позволяет управлять потоками механической и тепловой энергии в газотурбинных двигателях независимо друг от друга, чем обеспечивает потребителя теплотой как в базовом, так и маневровом режимах независимо от степени нагружения. Подобное не могут продемонстрировать ни двигатели внутреннего сгорания, ни паротурбинные установки любой конфигурации, подчеркнули в институте.

Институт природно-технических систем — молодой динамично развивающийся институт в Севастополе. Институт междисциплинарный, выполняет комплексные исследования и разработки в области естественных и технических наук. В состав института входят два научных центра (Центр изучения природных систем и климата и Центр экологического приборостроения и экоэнергетики), филиал в Сочи, научный стационар «Красная поляна». Институт курирует базовую кафедру «Мониторинг и теория климата» в Севастопольском государственном университете.

С 11 по 15 ноября состоится юбилейная ежегодная международная научно-практическая конференция с участием стран АСЕАН и БРИКС «Системы контроля окружающей среды — 2025» (СКОС-25).