Аннотация результатов, полученных в 2014 году
В первый год выполнения проекта было разработано районирование территории России в отношении уязвимости природных систем к изменению климата. Были рассмотрены растительная зональность, речной сток и температурный режим грунтов, в том числе и многолетнемерзлых (ММГ). Были построены цифровые карты, которые в дальнейшем можно использовать в геоинформационных системах для фрагментации любой цифровой информации по критериям, учитывающим уязвимость исследованных систем, и последующего дифференцированного анализа по каждой из категорий. Для осуществления этой работы была создана единая база гидрометеорологических данных (температура воздуха, осадки, скорость ветра, влажность воздуха, солнечная радиация, речной сток), в которой ряды наблюдений по каждой из характеристике имеют максимальную продолжительность, как правило до 2013 года, и временную дискретность от срочных до суточных и среднемесячных величин. Созданная база данных дополняет и значительно расширяет имеющиеся в свободном доступе на сайте ВНИИГМИ-МЦД данные за счет привлечения большего числа станций (до 1500 метеостанций сети Росгидромета), восстановления пропусков наблюдений и дополнительного независимого контроля качества данных с применением статистических методов. Были получены количественные оценки доли дисперсии рядов биопродуктивности (на основе анализа спутниковых данных по NDVI), температуры грунтов, включая ММГ, и речного стока по бассейнам малых и средних рек, описываемой вариацией температуры воздуха и осадков. Они показали, что для многих систем климатическое влияние является лишь одним из факторов, определяющих их изменчивость, и требуются более детальные, чем корреляционный анализ, методы и модели для прогнозирования их состояния. Примером является физически полная модель "Гидрограф", по котороый были проведены расчеты речного стока для ряда репрезентативных водосборов в регионах России с различными современными климатическими условиями. Расчеты носили тестовый характер. На всех исследованных водосборах было получено очень хорошее соответствие рассчитанных и наблюденных гидрографов. Полученный результат подтверждает возможность дальнейшего использования модели для оценки уровней климатического воздействия, при котором возможны критические изменения гидрологического режима. Была построена оптимальная ансамблевая климатическая проекция на период до конца 12 века. Значимость этого результата состоит в том, что на основе набора регионально- и процессо-ориентированных количественных критериев из всего многообразия существующих гидродинамических моделей CMIP5 были отобраны и объединены в ансамбль лишь те, которые успешно воспроизводят современные изменения климатических характеристик и индексов, определяющих ключевые природные процессы в регионах России. Особые внимание в связи с продолжающейся дискуссией в научной печати было уделено вопросу о возможном климатическом воздействии эмиссии метана из ММГ. Была разработана новая версия климатической модели INMCM4, в которую был добавлен блок эволюции атмосферного метана. По модели проведены тестовые расчеты для современных условий, результаты которых хорошо соответствуют данным наблюдений. В первый год проекта удалось достичь важных практических результатов, способствующих принятию научно-обоснованных мер адаптации к изменению климата в районах распространения ММГ. Были изучены ландшафтные, мерзлотные и климатические условия, а также геотехнические характеристики грунтов в районах с развитой инфраструктурой (Игарка, Норильск) с целью последующего моделирования и прогнозирования изменений этих характеристик в условиях меняющегося климата. В Норильске проведены встречи с главой администрации города и компаниями, непосредственно занимающимися мониторингом оснований и сооружений. По результатам консультаций создан Мерзлотный совет при администрации г.Норильска (http://norilsk-zv.ru/articles/merzlotnyy_sovet.html). Данный совет крайне заинтересован в оценках мезлотных условий в условиях меняющегося климата и техногенеза, разрабатываемых в рамках данного проекта. Проект имел также значительную образовательную составляющую связанную, прежде всего, с освоением навыков полевых работ студентами нескольких ВУЗов, в том числе и МГУ. Участники проекта из университета Дж. Вашингтона (США) совместно с группой студентов в июне-июле провели комплекс полевых работ по изучению состояния многолетнемерзлых грунтов и их динамики.

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Во второй год руководителем проекта в период февраль-май были проведены экспедиционные исследования в Якутске на базе института мерзлотоведения СО РАН и на научной станции Спасская Падь. Были получены новые данные о влиянии напочвенных покровов (снега и растительности) на термический режим многолетнемерзлых грунтов (ММГ) и о зависимости продуктивности растительности от климатических параметров, необходимые для актуализации моделей. Значительное содействие этой работе в части проведения измерений и обеспечения данными оказали сотрудники института мерзлотоведения и научно-образовательного центра BEST северо-восточного федерального университета (СВФУ). Руководитель проекта провел в Якутске серию семинаров и практических занятий для инициативной группы молодых сотрудников, которые освоили расчеты по разработанным в ходе выполнения проекта динамической и стационарной моделям ММГ и по эмпирико-статистической модели растительности. В результате этих совместных усилий была проведена актуализация параметризаций, связывающих характеристики термического режима атмосферы и грунта, построена усовершенствованная модель, адекватно описывающая все известные из наблюдений аспекты современных климатообусловленных изменений ММГ. Было продолжено исследование критических уровней воздействия изменений климата на растительность. Целью второго года было проведение прогностических расчетов по эмпирико-статистической модели, описывающей климатообусловленные компоненты продуктивности биомов и изменения границ растительных зон. Модель была заново откалибрована с учетом дополнительных данных, полученных на четырех научных станциях Якутии (Спасская Падь, Эльгейи, Чокурдах и Кодак), представляющих различные биоклиматические условия. Прогностические расчеты были проведены с использованием оптимизированной для территории России ансамблевой климатической проекции для первой четверти, середины и конца 21 века. Согласно полученным результатам, наблюдаемое во всех арктических зонах увеличение продуктивности продолжится и в последующие десятилетия. К середине XXI века продуктивность в отдельных арктических биомах может увеличиться до 30% от ее современной величины. Был проведен анализ обусловленности климатическими факторами опасных гидрологических явлений, прежде всего наводнений, вызванных заторами льда, паводками и ливневыми осадками. Притом, что его результаты показали наличие связи ряда из них с изменениями сезонных величин температуры воздуха, основным стал вывод о сильном влиянии экстремальных осадков на эти явления. В таких условиях для определения критических уровней изменения климата необходимо не столько детальное моделирование характеристик стока, сколько анализ пространственной и временной структуры осадков, т.е. соотношения между ливневыми и обычными осадками, периодами с аномально высокими и низкими осадками в конкретных речных бассейнах. Для прогноза важно, как эти закономерности воспроизводятся климатическими моделями, и какие изменения структуры осадков они предсказывают в 21 веке. Были получены перспективные оценки рисков возникновения заторных ледовых наводнений на крупных реках Сибири. Все полученные результаты указывают на то, что только лишь на небольшом участке русла реки Лены изменения климата могут привести к увеличению вероятности заторных наводнений. На остальных реках она будет уменьшаться в соответствии с градиентом ледовых условий вдоль русла. Была продолжена работа по анализу влияния изменений климата на температурный режим грунтов. Для этого использовались данные о температуре воздуха и грунта по метеостанциям РФ за 1966-2013 гг., данные мониторинга сезонно-талого слоя (СТС) на наблюдательных площадках проекта CALM, а также результатов расчетов по усовершенствованной модели ММГ. В результате проведенной ассимиляции данных и расчетов были построены карты термического режима ММГ для современного периода и на перспективу до конца 21 века в соответствии с оптимизированной для криолитозоны России ансамблевой климатической проекцией. Были проведены прогностические расчеты по модели ММГ с использованием оптимальной ансамблевой климатической проекции и построены карты геокриологической опасности, характеризующие уменьшение несущей способности грунтов для различных уровней климатического воздействия. Были проведены численные эксперименты по климатической модели INMCM4 для оценки влияния значительных источников метана на изменения климата и исследован вопрос о том, какую роль играет пространственная локализация этих источников. Результаты показали, что для значительного увеличения глобальной температуры на величину порядка 1.5 °С требуется дополнительная эмиссия метана около 4000 Тг в год, что приблизительно в 100 раз больше того потока, который может быть обусловлен таянием ММГ в 21 веке. Было также показано, что эмиссии, локализованные в Арктике (в широтной зоне к северу от 60°), приводят глобально к несколько меньшей величине потепления, чем в случае равномерного распределения по всем широтам источников той же суммарной интенсивности. Были проведены численные эксперименты по климатической модели INMCM4 для оценки чувствительности модельного климата к вероятным изменениям типов растительности в результате изменений климата в ближайшее столетие, в том числе к связанному с этим изменению альбедо бесснежной и заснеженной поверхности, параметра шероховатости. Они показали, что к середине 21 века вариации альбедо, обусловленные этими изменениями, могут привести к локальным изменениям температуры воздуха до 0.2 °С, что свидетельствует о необходимости их корректного учета в расчетах по гидродинамическим моделям климата. Во второй год удалось провести большую работу по ознакомлению с результатами проекта общественности и лиц, принимающих решения в области адаптации к изменению климата. Значительная ее часть была проведена руководителем проекта во время его пребывания в Якутске. Было проведено несколько пресс конференций, даны целевые интервью, в том числе для всероссийской радиовещательной программы «Эхо Москвы», российских и зарубежных печатных изданий (газеты «Вечерний Якутск», «Siberian Times»). Состоялись встречи с высшими руководящими лицами республики Саха-Якутия, в том числе с первым Президентом М.Е. Николаевым, ректором северо-восточного федерального университета (СВФУ) Е.И. Михайловой; проведены лекции для студентов и преподавателей СВФУ, института мерзлотоведения, института биофизики, учащихся старших классов двух школ Якутска. Руководитель проекта и молодой участник В.А. Кокорев представили 3 приглашенных устных доклада с результатами проекта на международной конференции «Открытая Арктика». Целью конференции было проинформировать руководителей ведомств, научных учреждений и лиц, принимающих решения федерального уровня, о современном состоянии, ожидаемых в будущем изменениях природной среды, и о возможных рисках, связанных с ними. Выводы всех трех докладов были включены в резюме решения конференции.

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В 2016 году осуществлялись три вида деятельности, связанные с проведением полевых работ, с расчетами по моделям климатической системы и ее компонентов, и с представление результатов в научных изданиях, на конференциях и в СМИ. Были продолжены комплексные наблюдения на экспериментальной геокриологической площадке стационара «Туймаада» института мерзлотоведения СО РАН в Якутске. Благодаря налаженному сотрудничеству с коллегами из Якутска ко времени написания отчета был получен двухлетний ряд непрерывных наблюдений. Это позволило полностью решить вопрос об актуализации параметризаций стационарной модели многолетнемерзлых грунтов (ММГ) для современных климатических условий и провести ее надежную калибровку. Расчеты по этой модели были использованы для построения цифровых карт геокриологических рисков, описываемых далее в отчете. Был создан новый блок атмосферного метана в гидродинамической модели INMCM4. Он рассчитывает перенос метана в атмосфере, распределенные в пространстве источники на поверхности Земли, связанные с антропогенной деятельностью, болотами и оттаиванием вечной мерзлоты, и стоки, связанные с окислением метана. Были получены оценки чувствительности климата к эмиссии метана в результате оттаивания ММГ. Для этого были проведены два численных эксперимента для исторического периода 1850-2005гг. и для периода 2006-2100гг. В историческом расчете концентрация парниковых газов, аэрозолей, озона были заданы согласно оценкам по данным наблюдений. В прогностическом расчете концентрации парниковых газов задавались согласно сценарию RCP8.5. Результаты сравнивались с контрольным экспериментом, где эти эмиссии не учитываются. Сравнение показало, что увеличение эмиссий метана из почвы к концу 21 века может привести к изменению глобальной температуры на величину не более 0.1 °С. Главный вывод состоит в том, что расчеты не подтверждают периодически обсуждаемую в научной литературе возможность метановой катастрофы, т.е. значительного усиления глобального потепления, в связи с таянием ММГ. По актуализированной на данных наблюдений модели ММГ были рассчитаны изменения состояния криолитозоны России для различных уровней климатического воздействия и оценены неопределенности расчета, обусловленные различными влияющими параметрами. Для этого была определена чувствительность расчетной мощности сезонно-талого слоя (СТС) к влияющим модельным параметрам, в качестве которых были использованы высота снега, высота низшей растительности, входящей в мохово-торфяной слой почвы, толщина органического слоя почвы, теплопроводность почвы и амплитуда годовых изменений температуры воздуха. Оценки показали, что наибольшее влияние на мощность СТС оказывает теплопроводность почвы. Зависимость мощности СТС от типа, влажности и состояния (мерзлого или талого) почвы достаточно хорошо изучена и учитывается в моделях через соответствующие параметризации. Из оставшихся параметров наибольшая чувствительность СТС выявлена к температуре воздуха, притом, что ошибки в определении параметров растительности и органического слоя почвы в сплошной криолитозоне оказывают в два-три раза меньшее влияние, а в прерывистой и островной примерно такое же. Влияние снежного покрова повсеместно меньше, чем любого другого из рассмотренных факторов. Были проведены расчеты по модели ММГ для двух исторических временных срезов - фонового (период 1961-1990 гг.) и современного (2004-2013 гг.), а также прогностический расчет на середину 21 века (2036-2065 гг.). В исторических расчетах на входе модели использовались данные архива CRU TS 3.10, в прогностических к ним были добавлены приращения, определяемые оптимальной климатической проекцией, разработанной ранее в проекте. Для оценки неопределенности результатов применялась вероятностно-стохастическая схема. В каждой ячейке проводились несколько расчетов с различными комбинациями варьируемых вокруг средних значений влияющих параметров. Мы приняли во внимание, что входные климатические данные оказывают наибольшее влияние на неопределенность расчетов. Поэтому в серии численных экспериментов варьировались лишь климатические проекции, в качестве которых поочередно использовались данные расчетов по каждой из 15 гидродинамических моделей CMIP5, вошедших в оптимизированный для территории России ансамбль. Для уменьшения влияния ошибок задания неклиматических параметров анализировались не сами рассчитанные значения СТС и температуры грунта, а их расчетные изменения по сравнению с фоновой среднемноголетней величиной для каждой ячейки сетки. Характеризуя рассчитанные изменения мощности СТС между двумя историческими периодами, можно отметить выраженную секторальную картину современных изменений ММГ. Выделяются две области на Гыданском полуострове и на востоке Колымской низменности, где среднемноголетняя мощность СТС к началу 21 века уже увеличилась на 15 – 20 см по сравнению фоновой, в то время как на большей части криолитозоны изменения не превышали 10 см. На большей части криолитозоны Восточной Сибири к середине 21 века прогнозируются небольшие изменения среднемноголетней мощности СТС на 20±10 см (указан 95% доверительный интервал). Наибольшее увеличение СТС, на 30±14 см, по данным расчетов может произойти на севере Западной Сибири в Ямало-Ненецком округе. Это район интенсивного освоения запасов углеводородов, в котором планируется дальнейшее развитие существующей и создание новой инфраструктуры. Уже сейчас решение этой задачи осложнено множеством инженерно-строительных проблем, которые к середине 21 века лишь увеличатся. Дополнительные сложности связаны с наличием в районе переохлажденных минерализованных и засоленных грунтов (криопэгов), влияние которых не было учтено в расчетах. Главный вывод этой части работы состоит в том, что в настоящее время основным фактором, лимитирующим точность модельных прогнозов состояния ММГ, являются климатические проекции. Связанный с ними диапазон неопределенности составляет около 50% и будет уменьшаться по мере совершенствования климатических моделей и увеличения их точности. Результаты расчетов температуры грунта были использованы для оценки климатообусловленного изменения несущей способности ММГ в 21 века. Использовалась инженерная схема расчета несущей способности свайных фундаментов, применяемых при строительстве подавляющего большинства сооружений на мерзлоте. В ее основе лежит полученная эмпирическим путем зависимость максимальной нагрузки на единицу длины подземной части стандартной строительной сваи от температуры грунта. С ее помощью по данным об изменениях температуры грунтов были рассчитаны изменения несущей способности ММГ по отношению к свайным фундаментам и построены карты для различных временных интервалов. Как и ранее, использовались два исторических интервала времени, первый из которых (1961-1990) совпал с периодом интенсивного промышленного и жилищного строительства в районах Крайнего Севера, а второй (2004-2013) дает возможность оценить остаток запаса надежности в настоящее время. Были также проведены прогностические расчеты для первой четверти, середины и конца 21 века. Главный вывод состоит в том, что уменьшение несущей способности ММГ уже сейчас повсеместно в криолитозоне составляет от 20% до 40% от норматива. Это близко к запасу прочности сооружений, заложенному при их проектировании. Согласно СНИП, этот запас составляет не менее 40% для большинства сооружений на свайных фундаментах. Уже в ближайшее десятилетие на большей части криолитозоны он будет превышен, а к середине 21 века этот показатель будет превышен повсеместно. Это указывает на необходимость применения инженерных мер по стабилизации свайных фундаментов для продолжения эксплуатации стоящих на них объектов. Важно отметить, что рассчитанные карты изменения несущей способности отличаются от карт геокриологических рисков, которые также были нами построены в рамках проекта. В расчетах несущей способности учитывается лишь изменение температуры грунта. Она определяет прочность окружающего сваю льда-цемента, «прилипающего» к ее боковой поверхности. Эти карты ориентированы на оценку устойчивости лишь тех сооружений, которые имеют свайные фундаменты и основания. К ним относятся точечные объекты. Линейные, т.е. протяженные в пространстве, объекты, такие как автомобильные и железные дороги, трубопроводы, мосты, взлетно-посадочные полосы и т.п., стоят не на сваях, а на насыпях. Для них наибольшую опасность представляют просадки и пучение грунтов, а также связанное с этим развитие термокарста. Для оценки этих процессов используется другой метод, основанный на индексе геокриологических рисков. Рассчитанные значения этого индекса имеют сложное пространственное распределение. В области наибольших рисков попадают Чукотка, бассейны верхнего течения Индигирки и Колымы, юго-восточная часть Якутии, значительная часть Западно-Сибирской равнины, побережье Карского моря, Новая Земля, а также часть криолитозоны с островным распространением ММГ на севере ЕТР. В этих районах имеется развитая инфраструктура, в частности газо- и нефтедобывающие комплексы, система трубопроводов Надым-Пур-Таз на северо-западе Сибири, Билибинская атомная станция и связанные с ней линии электропередач от Черского на Колыме до Певека на побережье Восточно-Сибирского моря. Деградация ММГ на побережье Карского моря может привести к значительному усилению береговой эрозии, за счет которой в настоящее время берег отступает ежегодно на 2-4 метра. Особую опасность представляет ослабление ММГ на Новой Земле в зонах расположения хранилищ радиоактивных отходов. Были построены серии цифровых карт для различных уровней климатического воздействия, иллюстрирующие все полученные в проекте результаты, в том числе карты отклика климатической системы (приземной температуры воздуха) на различные уровни эмиссии метана, обусловленной таянием ММГ; карты, иллюстрирующие прогнозируемые изменение мощности СТС в вероятностно-статистической интерпретации и карты рисков для инфраструктуры криолитозоны, обусловленных изменением климата в 21 веке. Были актуализированы данные, размещенные на портале permafrost.su. На нем был создан новый раздел, содержащий базу данных оптимальной климатической проекции для территории России и средства визуализации этих данных. Помимо этого, в разделе публикаций были добавлены файлы с описанием задач и результатов всего проекта, файлы с полученными в нем цифровыми картами в различных форматах. Были оформлены права интеллектуальной собственности на пять результатов проекта, в том числе на две базы данных о современных и прогнозируемых на будущее изменениях климата, и на три модели, описывающие изменения ММГ и растительности. В 2016 г. были подготовлены 5 публикаций, все в международных изданиях. На момент написания отчета все они уже опубликованы. О значительной публикационной активности свидетельствует возросший за время выполнения проекта h-индекс многих его участников. Так, у руководителя проекта по данным системы РИНЦ/Scopus он увеличился с 14/11 в 2014 г. до 19/14 на время написания отчета в 2016 г. При этом число цитирований опубликованных по проекту работ, отражаемое системой Scopus, уже составило 13. Результаты проекта в 2016 г. докладывались на 1 всероссийской конференции (устный доклад) и 5 международных конференциях, на которых были сделаны 5 устных докладов (в том числе 2 приглашенных) и 5 стендовых. Результаты проекта, защищенные правами интеллектуальной собственности, были использованы в работе ООО «Транспортная интеграция» для анализа рисков для транспортной инфраструктуры, обусловленных таянием ММГ, получена справка о внедрении. Эта работа выполняется в интересах министерства транспорта РФ, которое в настоящее время исследует возможности адаптации транспортной инфраструктуры к изменениям климата.