Лаборатория гидрологического цикла

Научные результаты:

• Разработана методология для выполнения оценок переносов влаги, основанная на эйлеровом подходе и учитывающая неопределенности расчетов переносов влаги в более ранних работах.
• Впервые получены согласованные оценки среднеклиматических переносов влаги и их межгодовой изменчивости за период с 1979 по 2013 гг. на основе семи современных реанализов и данных атмосферного зондирования IGRA.
• Показано анализом межгодовой изменчивости переносов влаги, что источники увеличения запаса влаги в Арктике преимущественно локальные и связаны с изменениями неадиабатического испарения и небольшим увеличением осадков, не компенсирующим эффект испарения, а адвективные процессы, связанные с переносами влаги атмосферными циклонами, играют второстепенную роль.
• В период 1976–2012 гг. обнаружена тенденция уменьшения продолжительности залегания снежного покрова в северной половине европейской территории России, в Западной Сибири, на Таймыре, на большей части Восточной Сибири и Якутии. Увеличилась продолжительность залегания снежного покрова на крайнем юге Восточной Сибири, в Забайкалье, Приморье и на восточном побережье Камчатки. Увеличивается максимальная за зиму высота снежного покрова на севере Западной и на значительной части Восточной Сибири, на побережье Охотского моря и дальневосточном юге, в центральных областях европейской территории России. Усилился очаг отрицательных значений коэффициентов линейного тренда в центре Западной Сибири.
• Построены композиционные картины всех случаев экстремальных потоков испарения, показавшие, что в поле давления характерно наличие диполя «циклон – антициклон», обеспечивающего достаточный приток холодного и сухого воздуха для формирования переноса влаги из океана в атмосферу и, потенциально, для формирования переноса в режиме атмосферной реки. Композиционные карты позволили описать механизм образования условий для возникновения экстремальных тепловых потоков на границе океан-атмосфера в Северной Атлантике и последующего возникновения атмосферных рек.
• Выполнен анализ горизонтальных переносов влаги, испарившейся с поверхности океана, и исследована динамика этих переносов в субполярных районах с учетом разделения переносов влаги за счет средних и синоптических флуктуаций.
• Построена обновленная климатология высотных фронтальных зон Северного полушария и исследована их межгодовая динамика (для определения роли высотных фронтальных зон в формировании межгодовой изменчивости циклонической активности, для исследования формирования режимов атмосферной циркуляции, в частности частоты блокирующих ситуаций).
• Проанализирована динамика поверхностного стока в Европе и европейской части России и ее связь с различными характеристиками осадков. Результаты обнаруживают связь сильных аномалий стока с аномалиями экстремальных и средних осадков, особенно в зимний и весенний сезоны, когда осадки в значительной степени обусловлены интенсификацией атмосферных процессов и их влияние на сток в условиях орографии этого района практически синхронно.
• Показано, что физико-математические модели с распределенными параметрами (модель формирования речного стока ECOMAG и модель взаимодействия поверхности суши с атмосферой SWAP), разработанные в Институте водных проблем РАН, применены для расчета составляющих гидрологического цикла по имеющимся данным измерений на метеорологических и гидрологических станциях.
• Выполнены работы по замыканию гидрологического баланса отдельных территорий. Проведенный анализ изменчивости влагосодержания почвы в европейском регионе и ее связей с ключевыми гидрологическими параметрами позволил установить, что на европейской территории России в целом наблюдаются более тесные связи и более высокие коэффициенты корреляции между влагосодержанием почвы и другими ключевыми параметрами (осадками, температурой воздуха, переносом влаги и относительной влажностью).
• Создана комплексная численная модель материкового стока в море, основанная на сочетании модели STRiPE, имитирующей процессы распространения пресноводного стока в сильно стратифицированном верхнем слое моря под влиянием внешних факторов, и Принстонской модели океана, воспроизводящей трехмерную циркуляцию и динамику полей температуры, солености и турбулентности для рассматриваемого участка моря.
• Установлено, что модели CMIP5 как при умеренном, так и при агрессивном сценарии антропогенного воздействия согласованно воспроизводят увеличение среднегодовых осадков над всей территорией России за исключением Черноморского региона и региона Северного Кавказа.
• Выполнены экспериментальные исследования модуляции антропогенных загрязнений речным стоком в шельфовой зоне моря. Показано, что практически все антропогенные загрязнения моря на северном российском шельфе Черного моря приурочены к приустьевым акваториям и связаны со стоком в море средних и малых рек региона.
• Проведены исследования экстремальных осадков и снегонакопления на территории России, позволившие установить, что в большом количестве районов отмечается одновременное увеличение длительности как сухих, так и влажных периодов. Это приводит к существенной кластеризации осадков во времени и к одновременному увеличению повторяемости длительных эпизодов без осадков и дождевых периодов.
• Расширена система разрабатываемых в ходе выполнения проекта региональных физико-математических моделей гидрологического цикла в средних широтах Северного полушария. Модели указанных речных бассейнов разработаны на базе региональной гидрологической модели ECOMAG и модели взаимодействия суши с атмосферой SWAP, созданных ранее в ИВП РАН. В дополнение к моделям бассейнов рек Лена, Северная Двина, Оленек, Индигирка, которые были построены на предыдущих этапах проекта, в 2015 году были разработаны модели бассейнов рек Амур и Макензи.

Внедрение результатов исследования:

• Изобретение (ИП): Установка для определения общего балла облачности и облачных характеристик на основе цифровой широкоугольной камеры. Авторы: С. К. Гулев, А. В. Синицын, М. А. Криницкий. Заявка № 2015118024/28(028004) от 14.05.2015.

• Изобретение (ИП): Атмосферная энергетическая гелиоустановка. Автор: Д. А. Соловьев. Заявка № 2017122739 от 26.06.2017.

• Изобретение (ИП): База данных гидрометеорологических характеристик по трассе Северного морского пути. Авторы: С. К. Гулев, А. В. Синицын, Криницкий М. А., Н. Д. Тилинин. Заявка № 2017621218 от 08.06.2017.

• Изобретение (ИП): Установка для преобразования низкопотенциального геотермального тепла в электричество. Автор: Д. А. Соловьев. Заявка № 2618714 от 19.04.2016.

• Изобретение (ИП): Сифонный способ охлаждения оборотной воды. Автор: Д. А. Соловьев. Заявка № 2623599 от 20.05.2016.

Образование и переподготовка кадров:

Внедрено 6 курсов в образовательную программу российских вузов.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Создан крупный международный консорциум NEFI, объединяющий ученых из более чем 20 стран.

Другие результаты:

Проведено более 15 научных конференций и/или научных сессий на ведущих международных конференциях, посвященных исследованиям окружающей среды Северной Евразии.