Модели радиационного форсинга для прогноза изменений климата в условиях Арктики

Спектральные наблюдения - один из важных каналов информации в аэрокосмическом дистанционном зондировании Земли (ДЗЗ), исследовании и мониторинге радиационного баланса Земли как планеты и отдельных регионов. Предлагается обратить особое внимание на спектральное альбедо арктического региона как индикатор состояния поверхности океана и ледникового покрова и, как следствие, и вызывая тяние льда эволюции климата в Арктики. Всё больше и отечественных и зарубежных исследователей поддерживают мнение, которое выдвигали ещё академики К.Я.Кондратьев и Ю.А.Израэль, что в эволюции климата Арктики «тепличный эффект» углекислого газа не является преобладающим. Системы глобального космического мониторинга Земли пока не располагают возможностями регулярных спектральных и визуальных наблюдений за процессами изменения ледников, начиная со времени накопления снежного покрова при снегопадах, заканчивая таянием льда и формированием «луж» талой воды на поверхности льдин – тальников, которые играют роль линз, проводя в глубину ледовых масс тепло.

Измерение спектрального альбедо региона Арктики во всех спектральных диапазонах от ультрафиолетового до миллиметрового излучения позволяет получить важную информацию как о свойствах источников и механизмах их излучения, так и о той среде, которая поглощает, рассеивает и отражает электромагнитные волны. В плане реализации натурных наблюдений это грандиозная задача будущего, а в настоящее время предлагается развитие информационно-математического аспекта и сценарного подхода к решению поставленной проблемы на основе математического моделирования на суперкомпьютерах и параллельных супервычислений.

Впервые поставлена задача объединить научный потенциал российских исследователей, обладающих уникальными разработками, обобщить достигнутое и задать вектор развития информационно-математического обеспечения с целью обеспечения теоретико-расчетных исследований радиационных процессов в условиях Арктики на основе аналитических и численных методов решения сложнейших задач теории переноса излучения в природных средах с учетом структуры оптико-геофизических параметров гетерогенной среды, процессов взаимодействия электромагнитного излучения с веществом и условий инсоляции в дневных и ночных условиях в разные времена года. Сложность задачи обусловлена необходимостью использования многомерной сферической геометрии (Сушкевич 1966, 2005), гетерогенностью и особым составом, состоянием и распределением всех компонент атмосферы, специфическим взаимодействием излучения с веществом как в атмосфере, так и на земной поверхности, условиями инсоляции. Особенность региона такова, что из-за труднодоступности отдельных районов и отсутствия сети постоянных метеорологических наблюдений в Арктике, математическое моделирование радиационных полей в большей степени является «сценарным», в том числе из-за неполноты данных оптико-геофизических параметров гетерогенной среды, необходимых для корректного учета и рассеяния и поглощения в атмосфере.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов № 14-01-00197_а, № 15-01-00783_а

1. Сушкевич Т.А. Осесимметричная задача о распространении излучения в сферической системе // Труды ИПМ АН СССР. О-572-66. М.: ИПМ АН СССР, 1966. 180 с.
2. Сушкевич Т.А. Математические модели переноса излучения. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 661 с.