Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В рамках модификации используемого комплекса был сконструирован экспериментальный образец датчика метана для измерения фоновых концентраций, для которого с целью повышения точности определения содержания метана в воздухе был разработан план калибровки, включающей в себя учет влажности, температуры и давления окружающей среды, Лабораторные и натурные эксперименты показали, что датчики серии TGS способны улавливать изменения концентрации метана от 0.1 ppm (млн-1) и выше, и могут быть использованы в камерах и БПЛА. 3) Математическое моделирование процессов тепломассопереноса в болотах различного типа выполнено на основе схемы деятельного слоя суши в климатической модели ИВМ РАН. Для определения чувствительности результатов моделирования к изменению условий на поверхности был выполнен ряд модельных экспериментов для летнего периода, в которых варьировался тип растительного покрова на поверхности. Установлено, что основные закономерности изменения температуры почвы в связи со сменой характеристик растительности на поверхности воспроизводятся моделью. Проведен анализ некоторых из трансферных функций, которые используются для задания гидрофизических характеристик и показано значимая ограниченность большинства из них. Наиболее оптимальным решением является использование готовых и проверенных глобальных наборов почвенных характеристик, например ГПН, авторы которого используют специальные методики ансамблевого осреднения и минимизации для получения глобального поля гидрофизических характеристик. 4) С целью получения численных данных о метеорологических элементах в период проведения наблюдений на полигоне «Мухрино» было проведено несколько серий численных экспериментов с моделью WRF. Получено улучшение качества воспроизведения метеорологических элементов (относительной влажности, температуры, скорости ветра) при переходе к высокому разрешению. В задачи выбора оптимальной конфигурации модели входило проведение тестовых расчетов с различными конфигурациями и сравнение полученных данных с измерениями о температуре, скорости ветра, турбулентных потоках. Было проведено несколько серий экспериментов с разным набором параметризаций. Установлено, что модель чувствительна к выбору параметризаций расчета турбулентных потоков. Наиболее близкие к данным наблюдений оказались данные с параметризацией приземного слоя «MM5». Проведены эксперименты с разным набором параметризаций радиации. Установлено, что модель WRF не сильно чувствительна к изменению схемы параметризаций радиации. Ссылка на интернет ресурс проекта - http://ifaran.ru/project/224704408_meth.html.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
2.1 По результатам натурных наблюдений в 2023г на базе полевого стационара Мухрино получены оценки характеристик радиационного, теплового баланса, потоков углекислого газа, метана и воды в неоднородном болотном ландшафте в среднетаежной зоне Западной Сибири. Показано, что до 51% радиационного баланса расходуется на испарение и 25% - на турбулентный перенос тепла от поверхности. Установлено, что поверхность гряд с моховым покровом и редкими кустарничками, по данным камерных измерений является источником СО2, а мочажины и древесный ярус на грядах – поглотителями. Выделение метана с поверхности мочажин в двадцать раз превышает выделение метана на грядах Измерения, проводившиеся во время натурного эксперимента в Мухрино в июне 2023 года, показали, что в ночные часы происходит увеличение отношения смеси (и концентрации) метана. Оценки ночного потока метана с помощью метода бюджета АПС оказались сопоставимы по значениям с дневным потоком метана, измеренным с помощью метода турбулентных ковариаций. При этом, метод турбулентных ковариаций в ночные часы дает уменьшение потока метана. И хотя более тщательный анализ и интерпретация результатов необходимы для уточнения оценок ночных эмиссий, можно сделать вывод о том, что метод бюджета метана в АПС может предоставить ценные независимые оценки потока метана на поверхности. Целью эксперимента на о. Самойловский была оценка пространственной изменчивости составляющих теплового баланса и эмиссии метана в ландшафте полигональной тундры. С использованием камер получен анализ концентраций и эмиссии метана и углекислого газа с различных типов поверхности полигональной тундры. Для мониторинга и выявления суточного хода выбрано три площадки различных морфометрических свойств. Эмиссия метана с заболоченных участков значительно превосходит эмиссию с тундры. И для метана, и для углекислого газа наблюдается суточный ход эмиссии, более ярко выраженный для углекислого газа. Ручей из болота выносит в реку значительное количество растворенного углерода. Во всех водных объектах наблюдается значительные концентрации растворенного метана, но его распределение неравномерно. Речной диффузионный поток метана в 3–10 раз превышает поток с береговых источников. Для поддержания наблюдаемых концентраций метана в реке необходимы дополнительные источники метана. За этот вклад и могут отвечать ручьи, богатые метаном и углекислым газом. Получены результаты полетов БПЛА над разными участками полигональных тундр и над близлежащим озером, что позволило получить трехмерную картину распределения концентраций парниковых газов. Был зафиксирован контраст приземных концентраций метана, соответствующий распределению наиболее значимых источников эмиссий метана на полигоне. Наибольшие концентрации были зафиксированы северо-восточнее Фиш озера, там значения CH4 достигли 2.37 ppm, минимальное значение составило 1.65 ppm. 2.2 Получены результаты определения изотопного состава углерода из воздушных и водных проб. Самый легкий изотоп 13 углерода метана зарегистрирован в Оленекской протоке р. Лена вместе с концентрациями метана 414 ± 52 нМ. Эта изотопная характеристика была сопоставима с характеристикой стока из мерзлотного болота. Характеристики изотопа С 14 парниковых газов, в потоках из полигональных озер, так и из озер, сформированных ручьями (от 21,1 до 114,9%), показали их современное происхождение. При этом поток СН4 из двух мерзлотных прудов содержал более высокую долю старого C по сравнению с двумя полигональными прудами. Сигнатуры стабильных изотопов C и H указывают на то, что вся эмиссия CH4 в летний период происходит за счет метангенеза. Не обнаружено различия в значениях δ13CCО2 или δ13CCH4 между водными объектами различного генезиса, что подтверждает гипотезу о сходных путях производства метана. При этом были признаки того, что CH4, выделяемый в результате диффузии, был более подвержен окислению в полигональных прудах. Действительно, между концентрацией кислорода на поверхности прудов и δ13CCH4 существует достоверная связь. CH4, выделяющийся при пузырьковой эмиссии, не показал признаков окисления. Анализ проб воздуха в приземном слое показал аналогичное распределение изотопов δ13CCО2 или δ13CCH4, что подтверждает гипотезу о биогенном происхождении метана. Пробы над инверсией отбирались в тестовом режиме с использованием БПЛА и в настоящее время находятся в стадии обработки. 2.3 Получены численные данные о метеорологических элементах в период проведения наблюдений на полигоне «Мухрино» с высоким пространственным шагом (1 км) с использованием реального распределения типов поверхности. При анализе границ типов растительности было выявлено что доля болот сильно занижена. Поэтому было принято решение о изменении границ типов растительности в сторону увеличения доли болот. Изменние в типах поверхности проявилось в изменении поверхностных характеристк, в первую очередь темпаратуры поверхности и влажности почвы. Увеличение границ болот отразилось в увеличении скрытого потока тепла и уменьшении явного. Также улучшилась сходимость с данными измерений. Были получены результаты моделирования синоптической ситуации для дельты реки Лены. В результате работы проведено воспроизведение атмосферной циркуляции над районами дельты Лены и Мухрино с помощью модели WRF с суб-километровым горизонтальным шагом сетки. Результаты моделирования использованы для анализа динамики атмосферного пограничного слоя, мезомасштабных циркуляций. Проведена оценка влияния неоднородностей свойств подстилающей поверхности на структуру и динамику атмосферного пограничного слоя и составляющие теплового баланса. 2.4 Получены результаты численного моделирования тепломассопереноса для площадок, расположенных в различных климатических зонах, а именно о. Самойловский и Мухрино. Численные эксперименты проводились с помощью модели земной поверхности TerM (ИВМ РАН-МГУ). Валидация модели проводилась с использованием данных измерений температуры потоков метана на выбранных площадках. ля площадки Мухрино сравнение проводилась для двух точек: мочажина и кустарники/гряда. Модель хорошо воспроизводит динамику температуры на 5 см., но занижает ее на уровнях 20 см и 40 см. Данное занижение скорей всего связано с недостаточно точно воспроизводящемся тепловым балансом на поверхности и заданными свойствами поверхности. В случае кустарники/гряда согласованность профилей температуры как по динамике, так и по значениям лучше. Поток метана, получаемый из модели, сравнивался с данными измерений, полученных камерным методом для точки мочажины за май. Получена хорошая согласованность как в динамике, так и в количественным отношении. Для точек, выбранных на площадке о. Самойловский модель хорошо воспроизводит как динамику, так и значения температуры на поверхности, но на глубине мы наблюдаем завышение температуры, при этом динамика самого слоя, в котором определяется мерзлотные грунты, остается правильной. Анализ результатов потоков для этих двух типов ландшафтов показывает, что поток метана с мочажины на порядок превосходит поток с гряды. Можно сделать вывод, что вклад в потоки метана с топей и мочажин значимо больше, чем с гряд, что говорит нам о необходимости учета локальной неоднородности растительности и степени обводненности различных участков той или иной болотной экосистемы. Для площадки о. Самойловский также была проведена серия экспериментов на воспроизведение динамик температуры в почве и потоков явного скрытого тепла с поверхности. Показано, что мерзлота существует и динамически меняется, явно воспроизводясь в модели деятельного слоя и находится в равновесии с тепловым и радиационным балансом на поверхности. Оценено влияния сезонных и суточных изменений свойств подстилающей поверхности, метеорологического режима, стратификации, скорости и направления ветра на турбулентную структуру атмосферного пограничного слоя, а также на эмиссию и концентрацию метана.