Изучение природной и антропогенной нестационарности водообмена поверхности суши и глобального водообмена по результатам численных расчетов проекта CMIP-6

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 23-27-00114

Название: Изучение природной и антропогенной нестационарности водообмена поверхности суши и глобального водообмена по результатам численных расчетов проекта CMIP-6

Руководитель: Добровольский Сергей Гавриилович, Доктор географических наук

Организация финансирования, регион: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных проблем Российской академии наук, г Москва

Конкурс: Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора: 07 - Науки о Земле, 07-708 - Гидрология и водные ресурсы

Ключевые слова: Водообмен на поверхности суши, осадки, эвапотранспирация, сток, климатические изменения, нестационарность, глобальный водообмен, CMIP-6, стохастические модели

Код ГРНТИ: 37.27.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В рамках проекта предполагается исследование как природных, так и антропогенных нестационарностей в изменениях основных составляющих водообмена на поверхности суши в климатических масштабах времени. Задача разделения, с целью последующего анализа, двух указанных типов нестационарностей представляет собой актуальную и сложную научную проблему, которая может быть решена только с помощью моделей системы «океан-атмосфера-поверхность суши» – в данном случае, моделей (более пятидесяти), участвующих в международном эксперименте CMIP-6. Возможность выделения нестационарностей двух классов возникает вследствие того, что модели реагируют на основной тип антропогенного нестационарного сигнала («парниковый») синхронно, в то время как реакция моделей на основную природную глобальную нестационарность системы – вследствие сигнала «погодного возбуждения» (по К.Хассельманну) различна для каждой из моделей. Такого рода принципиальный общий подход к решению проблемы в рамках проекта детализируется с учетом того, что нестационарные/стационарные режимы в изменениях водообмена поверхности суши проявляются по-разному для разных характеристик водообмена, разных периодов времени, различных пространственных масштабов изучаемых регионов – от глобальных до отдельных регионов на территории Российской Федерации. Решение указанных задач в рамках проекта представляется осуществимым при помощи уникальных методов анализа временнЫх рядов, предложенных авторами заявки и делающих возможным получение статистически значимых оценок степени нестационарности по смежным, очень коротким сегментам рядов – до 20 ординат (лет – если анализируются ряды годовых значений). Новая система оценок статистических и стохастических параметров, дающая такую возможность, включает в себя новые формулы для оценки дисперсии процессов по коротким рядам, автокоррелированности рядов, нового критерия оценки порядков стохастических/авторегрессионных моделей (дающего сравнимые оценки для рядов различной длины), новые двусторонние критерии для проверки нулевой гипотезы относительно стационарности/нестационарности рядов раздельно по математическому ожиданию, дисперсии и автокоррелированности. В основе разработанных новых методов и формул лежит новый экономичный метод генерирования гауссовских случайных чисел, использующий принцип зеркального удвоения генерирующего алгоритма, а также новый алгоритм пересчета исходных рядов данных в ряды выборочных значений нормально распределенных случайных величин. Научная новизна работ по проекту вытекает из того, что изучаемая научная проблема в таком виде ставится впервые. Актуальность проекта связана с необходимостью дальнейшего развития теоретических представлений о многолетних изменениях гидрологических процессов, в которых роль естественных глобальных процессов представляется совершенно недостаточно изученной. Практическая актуальность вызвана необходимостью формирования научных основ общей концепции стратегии использования водных ресурсов в стране.

Ожидаемые результаты
Анализ степени стационарности/нестационарности изменений составляющих водообмена для различных периодов времени, различных природных зон и регионов РФ и различных характеристик влагооборота (осадков, эвапотранспирации, речного стока). Проверка гипотезы о стационаризирующей роли эвапотранспирации в процессе преобразования естественных изменений осадков над поверхностью суши в климатический сток для климатических масштабов времени и различных масштабов пространства – и, парадоксальным образом, наоборот – гипотезы о стационаризирующей роли осадков над океаном в процессе преобразования испарения с поверхности океана во влагоперенос с океана на сушу. Проверка результатов тестирования «обратного аэрологического метода в гидрологии» в глобальном масштабе. Выявление роли процессов типа «дискретного Винеровского» (в отношении годовых величин и месячных аномальных величин) в создании нестационарных режимов водообмена. Выявление явления «перемежающейся нестационарности» в изменениях гидрометеорологических характеристик. Анализ связи гидрологических процессов на поверхности суши с процессами над океаном. Значимость для развития новой научной тематики заключается в том, что в указанной постановке проблема решается впервые. Решение задач проекта возможно вследствие применения новой уникальной методики оценки степени стационарности/нестационарности процессов по коротким временнЫм рядам, разработанной участниками проекта.