Коллектив авторов - Итоги МПГ 2007/08 и перспективы российских полярных исследований

Облачность остается одним из наименее изученных и плохо моделируемых компонентов климатической системы Земли, и прежде всего в полярных районах. В то же время адекватный учет облачности необходим как для описания радиационного баланса подстилающей поверхности при моделировании, так и для развития дистанционных методов измерений температуры и альбедо подстилающей поверхности, дрейфа и сплоченности морских льдов, свойств аэрозольной составляющей атмосферы.

Главным направлением исследований облачности в ГМО Тикси будет проведение наземных наблюдений ее свойств как индикаторов изменчивости климата полярной атмосферы в сезонном и межгодовом диапазонах. В настоящее время такие исследования ограничиваются только визуальными наблюдениями. В то же время известно, что вариации таких характеристик, как водозапас облаков или температура на уровне их нижней границы, могут быть гораздо теснее быть связаны с изменчивостью климата, чем количество общей облачности. С определением характеристик облачности тесно связано и исследование распределения содержания аэрозоля в атмосфере, поскольку он определяет не только перераспределение радиационного нагревания, но и косвенным путем формирование, распределение и другие характеристики облачного покрова.

В докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) «Изменения климата, 2007 г.» ( МГЭИК, 2008 ) рекомендуется организация регулярных наблюдений за процессами взаимодействия между облачностью и аэрозолем. С этой целью предполагается оснастить ГМО Тикси установкой для полусферного фотографирования облачности (All-Sky Imagers), микроволновым радиометром для оценки интегрального влагосодержания и лазерным измерителем высоты облаков. В ГМО Тикси с помощью дистанционного СВЧ-радиометра, разработанного в ГГО, в 2010 г. был выполнен цикл наблюдений за содержанием жидкокапельной влаги и водяного пара в атмосфере.

Цель проекта: исследование процессов, определяющих интенсивность приходящей ультрафиолетовой радиации в полярных районах.

Проект направлен на выявление зависимости интенсивности приходящей ультрафиолетовой радиации от изменения общего содержания озона и концентрации аэрозоля в атмосфере, альбедо подстилающей поверхности, облачности и загрязнения атмосферы. Выполнение этого проекта как составной части глобального мониторинга ультрафиолетовой радиации позволит получить оценки влияния ультрафиолетовой радиации на человека, наземные и морские экосистемы и химический состав атмосферы. Его результаты будут также использованы для валидации данных спутниковых наблюдений в полярных районах земного шара, а реализация станет существенным вкладом в программу ВМО «Глобальные наблюдения за атмосферой».

Цель проекта: исследование пространственно-временной изменчивости концентрации аэрозолей в приземном слое воздуха полярных районов и оценка их роли в формировании облачности и радиационного климата атмосферы.

Частицы аэрозоля оказывают сильное воздействие на глобальный климат, рассеивая и поглощая солнечную и длинноволновую радиацию, а также изменяя характеристики облаков. Климатический эффект аэрозольного загрязнения атмосферы зависит от количества частиц, их размера и состава. В настоящее время объем данных о содержании аэрозоля в Арктике и северной Сибири невелик, поэтому регулярные долговременные измерения содержания аэрозоля в Тикси очень важны для оценки климатического эффекта аэрозоля как регионального, так и глобального масштаба.

Реализация проекта позволяет получить дополнительную информацию о влиянии аэрозольного загрязнения атмосферы на ее термический режим. При этом, в отличие от парниковых газов, увеличение концентрации аэрозолей антропогенного происхождения ведет к похолоданию вследствие уменьшения количества приходящей солнечной радиации и увеличения облачности. Следует отметить, что для районов российской Арктики значимость этого влияния до сих пор не определена. Комплексные исследования аэрозольной составляющей полярной атмосферы проводятся в рамках наблюдений Глобальной сети мониторинга приземного аэрозоля NOAA/ESRL.

Осенью 2009 г. специалисты ФМИ и ГГО развернули в ГМО комплекс аппаратуры для измерения концентрации и распределения приземного аэрозоля по размерам. В это же время американская сторона установила прибор для измерения концентрации сажевого аэрозоля.

Цель проекта: оценить пространственно-временную изменчивость общего содержания аэрозолей в атмосфере и изучить оптические характеристики полярной атмосферы (коэффициент преломления, альбедо одноразового рассеяния, фазовые функции).

Данный проект, основой которого служат автоматические измерения интенсивности солнечной радиации на длинах волн 1020, 870, 675, 440, 500, 940, 380 и 340 нм с помощью солнечного спектрофотометра, представляет собой логическое дополнение проекта «Исследование приземного аэрозоля в Тикси». Имеющееся в настоящее время математическое обеспечение наблюдений с помощью солнечных спектрофотометров позволит получить данные не только об оптической толщине атмосферы и распределении аэрозолей по размерам, но и о коэффициенте преломления, альбедо одноразового рассеяния, фазовых функциях и других фундаментальных оптических характеристиках полярной атмосферы.

Международная сеть автоматизированных аэрозольных наблюдений имеет тенденцию к быстрому расширению. В настоящее время она покрывает большую часть суши; исключение составляют полярные районы. Реализация данного проекта в ГМО Тикси позволила обсерватории стать участником данной сети и существенно расширить наши знания об оптических характеристиках полярной атмосферы.

Цель проекта: организация мониторинга малых газовых примесей в атмосфере полярных районов, ответственных за возможные изменения климата и разрушение озонового слоя.

В ходе выполнения проекта организованы регулярные измерения малых газовых примесей, обусловливающих парниковый эффект (СО 2, СН 4, СО) и разрушение озонового слоя (N 2O, SF 6). Кроме того, выполнение проекта позволит на основе данных измерений концентраций изотопов углерода 13С и кислорода 18О получить качественные характеристики изменений общей циркуляции атмосферы.