Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Номер договора
075-15-2021-583
Период реализации проекта
2021-2023

По данным на 01.11.2022

50
Количество специалистов
63
научных публикаций
11
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация
Важность понимания недавних и прогнозирование будущих изменений озонного слоя и климата, особенно в российской Арктике и субарктике, имеет важные экологические, социальные и экономические последствия и признана на правительственном уровне. Актуальность проблемы обостряется отсутствием весомых доказательств восстановления озонного слоя, появлением массивной озонной дыры над Арктикой весной 2020 года и образованием озонных минидыр. Исследование озонного слоя требует учета влияния естественных и антропогенных факторов, действующих в атмосфере от поверхности Земли до околоземного пространства.

Название проекта:  Прогнозирование состояния озонового слоя с использованием моделирования и измерений состава атмосферы

Цели и задачи
Целью проекта является решение научных и образовательных проблем, связанных со среднесрочным (до 1 месяца) и долгосрочным (до 200 лет) прогнозированием развития озонового слоя, вызванного природными и антропогенными факторами, изменениями климата и событиями космической погоды. Основные задачи исследования:

  1. Проведение и анализ наземных и спутниковых измерений озона, озоно-разрушающих веществ (ОРВ) и состояния атмосферы.
  2. Оценка прошлого и прогнозирование будущего поведения озонового слоя с использованием современных моделей фотохимии и климата, учитывающих различные воздействия, включая изменчивость парниковых газов и ОРВ.
  3. Разработка новой модели атмосфера-ионосфера-магнитосфера и ее применение для изучения влияния космической погоды на изменчивость озонового слоя.
  4. Анализ среднесрочной изменчивости озонового слоя, обусловленной возмущениями атмосферной динамики и космической погоды.

Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Получены новые данные наземных и спутниковых измерений озона и некоторых озоноразрушающих субстанций. Проведены усовершенствование вычислительных модулей и валидация используемых моделей климата и газового состава атмосферы с использованием спутниковых данных и доступных результатов метеорологического реанализа. Разработаны теоретические основы объединения моделей атмосферы и магнитосферы. Получены новые базы данных для анализа атмосферных процессов. Созданные базы данных могут быть использованы российскими учеными. Созданы новые алгоритмы для параметризации динамического и теплового воздействия АГВ и ОГВ в моделях климата. Разработана новая модель распространения волн от произвольных начальных возмущений в полубесконечной неизотермической атмосфере для системы линеаризованных гидродинамических управлений для волн малой амплитуды. Показано, что частоты волн, рассматриваемые как собственные значения оператора самосопряжённой эволюции, являются реальными и образуют две глобальные ветви, соответствующие высокочастотным и низкочастотным модам АГВ. Эти две ветви разделены, т.к. частот Брента-Вяисяля меньше, чем частота акустической отсечки на верхней границе модели. Волновые моды, относящиеся к низкочастотной глобальной спектральной ветви, обладают свойствами внутренних гравитационных волн (ВГВ) на всех высотах. Волновые моды высокочастотной спектральной ветви на разных высотах могут обладать свойствами ВГВ или акустических волн в зависимости от локальной стратификации. Результаты моделирования с использованием новой модели подтвердили возможность изменения свойств АГВ на разных высотах в неизотермической атмосфере.       
  • Проводятся регулярные наземные измерения спектров солнечного излучения в УФ, видимой, ближней и средней ИК областях спектра. Для их проведения осуществлен ремонт и создание новых узлов электроники солнечной системы слежения Фурье-интерферометра Brucker. Осуществлена интерпретация наземных измерений спектров прямого и рассеянного солнечного излучения в УФ, видимой, ближней и средней ИК областях спектра для получения новых данных о содержании озона и озоноразрушающих газов. Разработаны и усовершенствованы методики и алгоритмы для мониторинга озона и озоноразрушающих газов атмосферы с помощью российских спутников. Для автоматизированного определения дат внезапных стратосферных потеплений (ВСП) разработаны и применены алгоритмы, определяющие моменты максимальной скорости роста температуры и меридионального потока тепла, а также максимальной скорости уменьшения зонального ветра на высотах 30 – 40 км. Выполнены вычисления дат ВСП и характеристик активности планетарных волн (ПВ) во время этих событий с использованием базы данных реанализа метеорологической информации JRA-55 период с 1958 по 2020 гг.
  • Созданы обновленные версии химико-климатической моделей ИВМ РАН – РГГМУ с динамическим ядром в соответствии с последней версией модели ИВМ РАН и SOCOLv4 с интерактивным океаном. Подготовлены сценарии будущего (2020–2100) изменения влияющих на озон природных и антропогенных параметров для расчетов будущей изменчивости климата и содержания озона при разных сценариях будущего развития. Подготовленные сценарии использованы для расчетов изменений озонового слоя и климата в будущем. Подтверждено положительное влияние ограничений на производство галогенсодержащих газов, введенных Монреальским протоколом и его дополнениями, на будущее озонового слоя и климата.         
  • Осуществлена установка и запуск численной модели верхней атмосферы (ГСМ ТИП) на сервере СПбГУ. Проводится объединение блоков магнитосферы и ионосферы посредством передачи результатов расчетов магнитосферного блока в качестве входных параметров, используемых в ионосферном модуле ГСМ ТИП. К ранее передаваемым параметрам модели GAMERA (характеристикам высыпаний и продольных токов) добавлено положение границ полярных шапок. Осуществлено использование этого параметра в блоке расчета ионосферного потенциала модели ГСМ ТИП для определения замкнутых и разомкнутых силовых линий магнитного поля. Проводились совместные расчеты на моделях GAMERA и ГСМ ТИП для сравнения основных характеристик магнитосферно-ионосферных связей.

Образование и переподготовка кадров:

  • Подготовлены и защищены 4 докторских и 6 кандидатских диссертаций.
  • В 2021 году 2 сотрудника лаборатории прошли стажировку по основному месту работы ведущего ученого в Физико-метеорологической обсерватории Давоса Всемирного радиационного центра (Швейцария).
  • Разработана дополнительная образовательная программа повышения квалификации «Космическая погода: воздействие на атмосферу и климат».
  • Организованы и проведены 2 секции в рамках 14-й школы-конференции с международным участием «Проблемы Геокосмоса-2022» (4-6 октября 2022 г., Секция STP. Солнечно-земная физика, Секция OLD. Динамика озонового слоя).

Организационные и инфраструктурные преобразования:

  • Создана новая лаборатории мирового уровня;
  • Введен в действие компьютерный кластер (около 1000 ядер).

Другие результаты:

В 2022 году участники научного коллектива лаборатории принимают участие в реализации проекта, поддержанного РНФ (номер проекта: 22-62-00048, название: «Потоки энергичных электронов внешнего радиационного пояса в высокоширотной магнитосфере и их влияние на состояние верхней и средней атмосферы»).

Сотрудничество:

  • МГУ;
  • РГГМУ; 
  • ИЗМИРАН;
  • ЦАО; 
  • ПГИ;
  • ИВМ.

Скрыть Показать полностью
Gavrilov, N.M., Kshevetskii, S.P., Koval, A.V.
Decay times of atmospheric acoustic–gravity waves after deactivation of wave forcing. Atmospheric Chemistry and Physics., 2022, October, Volume 22.
Mironova, I.; Sinnhuber, M.; Bazilevskaya, G.; Clilverd, M.; Funke, B.; Makhmutov, V.; Rozanov, E.; L. Santee, M.; Sukhodolov, T.; Ulich, T.
Exceptional middle latitude electron precipitation detected by balloon observations: implications for atmospheric composition. Atmospheric Chemistry and Physics., 2022, May, Volume 22.
Pikulina, P.; Mironova, I.; Rozanov, E.; Karagodin, A.
September 2017 Solar Flares Effect on the Middle Atmosphere. Remote Sensing., 2022, May, Volume 14.
Koval, A.V., Gavrilov, N.M., Pogoreltsev, A.I., Kandieva, K.K.
Dynamical impacts of stratospheric QBO on the global circulation up to the lower thermosphere. Journal of Geophysical Research: Atmospheres., 2022, February, Volume 127, Issue 4.
Karpachev, A., M. Klimenko, V. Klimenko, N. Chirik, G. Zhbankov, L. Pustovalova
Satellite model of foF2 in winter high-latitude ionosphere describing the trough structure, Advances in Space Research., 2022, January, Volume 69, Issue 1.
Sinnhuber, M., Nesse Tyssøy, H., Asikainen, T., Bender, S., Funke, B., Hendrickx, K., et al.
Heppa III intercomparison experiment on electron precipitation impacts: 2. Model-measurement intercomparison of nitric oxide (NO) during a geomagnetic storm in April 2010. Journal of Geophysical Research: Space Phys., 2021, December, Volume 127, Issue 1. (2022)
Brodowsky, C., Sukhodolov, T., Feinberg, A., Höpfner, M., Peter, T., Stenke, A., and Rozanov, E.
Modeling the sulfate aerosol evolution after recent moderate volcanic activity, 2008–2012. Journal of Geophysical Research: Atmospheres., 2021, November, Volume 126, Issue 23.
Mironova, I., G. Kovaltsov, A. Mishev, and, A. Artamonov
Ionization in the Earth’s Atmosphere Due to Isotropic Energetic Electron Precipitation: Ion Production and Primary Electron Spectra. Remote Sens, 2021, October, Volume 13.
Sukhodolov, T., Egorova, T., Stenke, A., Ball, W. T., Brodowsky, C., Chiodo, G., Feinberg, A., Friedel, M., Karagodin-Doyennel, A., Peter, T., Sedlacek., J., Vattioni, S., and Rozanov, E.
Atmosphere-Ocean-Aerosol-Chemistry-Climate Model SOCOLv4.0: description and evaluation, Geosci. Model Dev., 2021, September, Volume 14.
Nerobelov, G.,Timofeyev, Y., Virolainen, Y., Polyakov, A., Solomatnikova, A., Poberovskii, A., Kirner, O., Al-Subari, O., Smyshlyaev, S., Rozanov, E.
Measurements and Modelling of Total Ozone Columns near St. Petersburg, Russia. Remote Sens., 2022, August, Volume 14.
Karagodin-Doyennel, A., Rozanov, E., Sukhodolov, T., Egorova, T., Sedlacek, J., and Peter, T.
The future ozone trends in changing climate simulated with SOCOLv4. Atmospheric Chemistry and Physics, 2023.
Klimenko, M.V., Klimenko, V.V., Sukhodolov, T., Bessarab, F., Ratovsky, K., Rozanov, E.
Role of internal atmospheric variability in the estimation of ionospheric response to solar and magnetospheric proton precipitation in January 2005, Advances in Space Research, 2023.
Koval, A. V., Toptunova, O. N., Motsakov, M. A., Didenko, K. A., Ermakova, T. S., Gavrilov, N. M., and Rozanov, E. V.
Numerical modelling of relative contribution of planetary waves to the atmospheric circulation, Atmospheric Chemistry and Physics, 2023.
Polyakov A, Virolainen Y, Nerobelov G, Kozlov D, Timofeyev Y
Six Years of IKFS-2 Global Ozone Total Column Measurements, Remote Sensing, 2023.
Egorova, T., Sedlacek, J., Sukhodolov, T., Karagodin-Doyennel, A., Zilker, F., and Rozanov, E.
Montreal Protocol's impact on the ozone layer and climate, Atmospheric Chemistry and Physics, 2023.
Mironova I., Bazilevskaya G., Makhmutov, V., Mironov A., Bobrov N.
Energetic Electron Precipitation via Satellite and Balloon Observations: Their Role in Atmospheric Ionization. Remote Sensing, 2023.
Новости лаборатории
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория «Геохимии природных вод» (10)

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова - (МГУ)

Науки о Земле и смежные экологические науки

Москва

Коноплев Алексей Владимирович

Россия

2024-2028

Лаборатория «Здоровье почв»

Южный федеральный университет - (ЮФУ)

Науки о Земле и смежные экологические науки

Ростов-на-Дону

Вонг Минг Хунг

Гонконг, Великобритания

2022-2024

Лаборатория «Нелинейная гидрофизика и природные катастрофы»

Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН - (ТОИ ДВО РАН)

Науки о Земле и смежные экологические науки

Владивосток

Пелиновский Ефим Наумович

Россия

2022-2024