ИСТИНА

Проект направлен на решение фундаментальной научной задачи выявления особенностей формирования речного стока как важнейшей составляющей водного баланса арктических территорий и морей России, его влияния на изменение ледового и термического режима устьевых областей и морских побережий в первой половине XXI в. Несмотря на большое количество отечественных и зарубежных исследований в арктическом регионе, нерешенным остается целый спектр задач. Это задачи, связанные с расчетами и прогнозами водного и теплового стока арктических рек России в моря, их пространственной, многолетней и сезонной изменчивости, оценкой влияния климатических и антропогенных факторов на сток не только крупных, но и малых рек, впадающих в моря Российской Арктики. Cложные гидро- и термодинамические процессы, происходящие непосредственно в устьевых областях рек, а также их ледовый режим, тоже изучены недостаточно полно. Нерешенность этих вопросов ограничивает возможности устойчивого, социально-экономически и экологически безопасного освоения и развития территорий и морских акваторий столь важного региона. Постоянное развитие технологий спутникового мониторинга водного, термического и ледового режима рек и морских побережий, особенно важно для малоизученных и труднодоступных районов арктической зоны России. Их совершенствование требует решения целого ряда методических задач, связанных, во-первых, с их апробацией и внедрением в реальную практику наблюдений и оперативных прогнозов; и, во-вторых, с оценкой точности и достоверности получаемых данных. Проект подразумевает развитие целого ряда направлений, связанных с исследованием основных закономерностей и факторов формирования водного и ледотермического режима рек, впадающих в российские моря Северного Ледовитого океана, в условиях меняющегося климата и крупномасштабной хозяйственной деятельности. Необходимо дать оценку их величины для разных уровней временной дискретности, разработать прогноз их изменений с учетом различных климатических сценариев и водохозяйственных планов, выявить основные закономерности ледового режима рек в современных климатических условиях, изучить взаимодействие речных и морских вод, взаимосвязи теплового стока рек и ледовитости арктических морей. В процессе исследования будут использованы как традиционные методы и подходы, в том числе разработанные участниками проекта, так и современные технологии дистанционного зондирования, анализа гравиметрической информации, математического моделирования, адаптированные под конкретные рассматриваемые объекты и задачи. В результате выполнения Проекта будут получены новые оценки годового и сезонного стока воды и теплоты на замыкающих створах российских рек, впадающих в Белое, Баренцево, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское моря, и в их устьях. Будут сделаны выводы о характере и причинах пространственной изменчивости и неоднородности в распределении и трансформации речного стока по длине устьевых участков рек и вдоль морских побережий; проведена типизация устьев арктических рек по характеру трансформации в них речного стока, динамическому взаимодействию речных и морских водных масс. Будут созданы современные картографические обобщения характеристик водного и ледотермического режима арктических рек. Важнейшим итогом Проекта будет комплекс методик и рекомендаций по использованию данных дистанционного зондирования состояния речных систем, ледяного покрова, составляющих водного баланса. В результате выполнения Проекта будут разработаны гидродинамические модели с ледотермическим блоком для устьевых областей наиболее крупных рек Российской Арктики, расположенных в различных частях побережья Северного Ледовитого океана. Проведение экспедиционных исследований в устьях крупнейших арктических российских рек позволит получить новые данные об их гидрологическом режиме.

The project is directed for solving the fundamental scientific problem of identifying the features of the river runoff formation as most important component of the water balance in Russian Arctic terrains and seas, as well as its impact on ice and thermal regime of the estuarine regions and seacoasts in the first half of the XXI century. Despite on a large number of efforts undertaken by both Russian and foreign researchers in the Arctic region, a wide range of tasks remains unresolved. They are connected with calculations and forecasts of water and heat transfer from Russian Arctic rivers to the seas, its spatial, long-term and seasonal variability; influence of climatic and anthropogenic factors on the runoff not only of large rivers but also of small streams flowing into the seas of the Russian Arctic. Complex hydro- and thermodynamic processes in the estuaries and their ice regime are also not studied sufficiently. The unresolved nature of these issues limits the opportunities for sustainable development, socio-economically and environmentally safe functioning of territories and marine areas of such an important region. The constant development of technologies for satellite monitoring of water, thermal and ice conditions of rivers and sea coasts is especially important for poorly studied and inaccessible areas of the Arctic zone of Russia. The enhancement of them requires the solution of a number of methodological problems, connected, first, with their testing and implementation for observations and real practice of operational forecasting, and secondly, with an assessment of the accuracy and reliability of the data obtained. The project involves the development of a number of directions of the research of the basic regulations and controls of the runoff, ice and thermal regime of rivers flowing into the seas of the Russian sector of the Arctic Ocean under the conditions of changing climate and large-scale economic activities. It is necessary to assess them for the different temporal ranges, to develop a forecast of their changes according to different climatic scenarios and water management plans, to identify the main patterns of the ice regime of rivers in modern environments, to study the interaction of river and sea water, the relationship of the heat outflow from rivers with the ice cover pattern of the Arctic seas. The research will use both traditional methods and approaches, including those developed by the project participants, as well as modern technologies of remote sensing, analysis of gravimetric information, mathematical modeling, adapted for specific objects and tasks under consideration. As a result of the Project, new estimates will be made for annual and seasonal runoff of water and heat through the mouth cross-sections of Russian rivers flowing into the White, Barents, Kara, Laptev, East Siberian and Chukchi Seas. Conclusions about the nature and causes of spatial variability and heterogeneity in the distribution and transformation of river flow along their lower reaches, estuaries and seashores will be presented; the typification of the Arctic estuaries by the nature of river flow transformation in them and the dynamic interaction of river and marine water masses should be carried out. Modern cartographic generalizations of water and ice-thermal regime characteristics of Arctic rivers will be created. The most important result of the Project will be a set of tools and recommendations for the use of remote sensing data concerning the state of river systems, ice cover, and water balance components. As a result of the Project, hydrodynamic models with incorporated ice-thermal subroutine will be developed for the estuaries of the largest rivers of the Russian Arctic located in different parts of the Arctic Ocean coast. Field research in the largest Arctic Russian estuaries will provide new data on their hydrological regime.

Основными результатами исследований по Проекту станут: 1. Новые оценки годового и сезонного стока воды и теплоты на замыкающих створах российских рек, впадающих в Белое, Баренцево, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское, и в их устьях. Оценки общего выноса в моря речных вод и теплоты с отдельных участков побережья, включая устья больших рек, и в целом во все моря Российской Арктики. Выводы о характере и причинах пространственной изменчивости и неоднородности в распределении и трансформации речного стока по длине нижних, устьевых участков рек, морских побережий; типизация устьев арктических рек по характеру трансформации в них речного стока. Научная значимость: 1) уточнение вклада стока российских рек в водный и тепловой баланс арктических морей и, в целом, Северного Ледовитого океана; 2) основа для оценки влияния речных вод на процессы распреснения, динамики, нагрева и охлаждения морских вод, ледообразования и др. в прибрежной зоне арктических морей России и, в частности, на акваториях морского судоходства, поиска и добычи газа и нефти, рыболовства и т.п.; 3) основа для возможных расчетов выноса наносов и растворенных веществ в моря. 2. Выводы по закономерностям и факторам сезонной и многолетней изменчивости стока воды и теплоты арктических рек в их низовьях и устьях, с оценками вклада в нее случайных и детерминированных компонентов, климатических изменений (включая изменения в криолитозоне; с общим анализом изменений климата в регионе, роли северо-атлантической и арктической осцилляций) и крупномасштабной хозяйственной деятельности на речных водосборах - крупных гидротехнических сооружений, водопотребления, сбросов теплых вод с крупных ТЭЦ. Оценка вклада подземного, талого, дождевого стока в формирование годового гидрографа за последние 60-80 лет. Прогнозные оценки изменений водного и термического режима рек (на 2-ю четверть и середину XXI в.) с учетом изменения климата. Научная значимость: оценка современных тенденций изменений речного стока и генерируемых ими последствий, например, в отношении ледовых условий и переправ, работы водного транспорта, термоабразии берегов, наводнений и маловодий, водных и околоводных экосистем, корректировки хозяйственных планов по устойчивому и безопасному социально-экономическому развитию арктического региона; использования при настройках идрологических моделей стока рек и др. 3. Новые карты однородных гидрологических районов, параметров стока воды рек и теплового стока в пределах арктической и приарктической территорий России. Эмпирические региональные модели, описывающие зависимости между числовыми характеристиками стока воды и его факторами. Совершенно новые и в своем роде уникальные методические приемы расчета теплового стока, температуры воды для территорий и участков рек без постов, с обоснованием схем расчета, построением карт характеристик термического режима рек, региональных эмпирических зависимостей. Схемы и коэффициенты пересчета стока на замыкающих створах в сток в вершинах устьевых областей и дельт арктических рек и в сток непосредственно в море. Результаты адаптации методов индикационной гидрологии и водного баланса (в т.ч. с использованием данных реанализа) для целей гидрологических расчетов и решения задач Проекта; набор соответствующих регрессионных зависимостей. Научная значимость: планирующиеся методические приемы необходимы, во-первых, для успешного решения научных и фундаментальных задач Проекта, в частности при оценке стока рек не только в створах постов, но и на любом участке арктического побережья и, в целом, в моря, во-вторых, для визуализации (в виде карт) и идентификации пространственных закономерностей изменчивости стока воды и теплоты рек. В-третьих, это важный инструмент, используемый в практике гидрологических и водохозяйственных расчетов, совершенствование которого влечет увеличение точности этих самых расчетов, надежности и эффективности проектируемых сооружений и планируемых мероприятий, снижение рисков и побочных затрат. Эти инструменты не обновлялись для большинства арктических территорий с начала 1980-х гг., некоторые создаются впервые, в первую очередь для расчетов теплового стока. 4. Результаты сопоставления данных полевых гидрометрических измерений и дистанционного зондирования земной поверхности для целей изучения особенностей и механизмов продольной трансформации характеристик речного стока по длине низовьев рек и в русловой сети речных дельт. Научная значимость: позволят в условиях малого числа постов, особенно в устьевых областях рек, их продолжающегося закрытия получить важный и востребованный инструмент изучения и мониторинга процессов трансформации характеристик гидрологического режима в разных по строению и режиму устьях рек, оценивать их величину, включая даже те устья, где наземные измерения никогда не производились. 5. Характеристика современного ледового режима низовьев крупных арктических рек России с выделением особенностей, определяющих условия природопользования в регионе (прежде всего, условия судоходства и эксплуатации ледовых переправ). Методические приемы дешифрирования оптических и радиолокационных снимков для целей ледового мониторинга низовьев больших рек, методика определения толщины ледяного покрова с помощью альтиметрических спутников с оценкой их точности. Результаты анализа временной изменчивости сроков ледовых явлений и толщины ледяного покрова на реках от года к году, оценка связи водного, теплового стока рек и стока льда в арктические моря, что позволит сделать выводы о влиянии изменений водного режима рек, в том числе антропогенных, на изменение характеристик ледового режима рек. Научная значимость: Картографические обобщения станут основой методик расчета характеристик ледового режима для неизученных участков рек для использования в решении различных задач (расчет сроков ледовых явлений, продолжительности физической навигации, характерных значений толщины ледяного покрова рек). 6. Разработанные гидродинамические модели с ледотермическим блоком для устьевых областей наиболее крупных рек Российской Арктики, расположенных в различных частях побережья Северного Ледовитого океана – Печоры, Енисея и Колымы. Данные модели позволят воспроизвести типичные или уникальные гидрологических ситуации, включая опасные гидрологические явления, таких как экстремальное половодье или ветровой нагон, ледоход, ледовые заторы, а также выполнить анализ хода основных гидро- и термодинамических характеристик водных масс в пределах области моделирования, включая вынос льда и тепла в океан. Ожидаемые результаты сценарных гидродинамических расчетов в устьевой области с применением прогнозных рядов стока, полученных на основе модели ECOMAG и данных глобальных климатических моделей, позволят оценить возможность учета влияния климатически обусловленных изменений стока на динамические процессы в устья. Выявление областей с наиболее опасными проявлениями гидрологических процессов и их параметризация позволят выполнить типизацию и районирование устьевых областей в отношении вероятности проявления тех или иных неблагоприятных природных явлений речного и морского генезиса. Применение гидродинамических моделей с ледотермическим блоком позволит исследовать изменение ледовых условий Северного Морского пути при различных сценариях изменения климата и оптимизировать транзитное судоходство через устья рек. 7. Результаты работы по Проекту будут представлены в статьях в рецензируемых журналах, в научных сборниках, выступлениях на научно-практических конференциях (по теме Проекта), в том числе с международным статусом.

Члены коллектива имеют многолетний опыт в изучении стока воды и теплоты, водного и ледотермического режима средних и больших рек арктической зоны РФ и приарктических территорий, в количественной оценке основных гидрологических характеристик, в изучении пространственных особенностей и выявлении закономерностей колебаний речного стока в течение года и многолетнем масштабе, в обнаружении причин изменчивости стока и оценке их вклада, в корректном и аналитическом описании и объяснении существующих между параметрами стока и его факторов связей. Сильной стороной проводившихся исследований служит разнообразие рассмотренных объектов и условий формирования стока на речных водосборах, авторский подход в выделении антропогенной составляющей многолетних колебаний характеристик стока (при учете различий в климате сравниваемых периодов, трансформации техногенного воздействия от его источника до устьевого створа реки). Кроме того, многолетняя история и большое число объектов исследования позволили сформировать уникальный массив специализированных данных и материалов. Итоги этой деятельности опубликованы в 7 монографиях, большом числе статей в журналах и научных сборниках, в том числе рецензируемых и зарубежных.