EN

Студентка кафедры физики атмосферы удостоена медали РАН

В соответствии с Постановлением Президиума РАН №78 от 22 апреля 2019 года «О присуждении медалей Российской академии наук с премиями для молодых ученых России и для студентов высших учебных заведений России по итогам конкурса 2018 года» медаль в области океанологии, физики атмосферы и географии присуждена студентке 2 курса магистратуры физического факультета Кибановой Ольге Викторовне за работу «Изменения продолжительности навигационного периода Северного морского пути в XXI веке по расчетам с ансамблем климатических моделей: байесовские оценки».

Расскажем подробнее о ее работе

Ольга Кибанова поступила в магистратуру кафедры физики атмосферы после окончания бакалавриата на кафедре математического моделирования и информатики. Именно с этим был связан выбор поставленной перед ней задачи: разработка математического алгоритма прогноза длительности навигации на Северном морском пути. Этот алгоритм, с одной стороны, должен использовать имеющийся ансамбль прогностических расчётов изменений морского льда в Северном ледовитом океане, с другой — учитывать разное качество воспроизведения этих изменений имеющимися моделями.

Ольга Кибанова удивительно быстро овладела новой тематикой. Она не только продемонстрировала хорошее владение методами статистической обработки данных и уверенное владение навыками программирования, но и за короткий срок разобралась в множестве процессов, определяющих земной климат. Уже через несколько месяцев не только проводила вычисления, но и активно участвовала в математической постановке задачи. Ольга Кибанова уже сейчас — сложившийся и весьма квалифицированный специалист в области моделирования климата.

Менее чем через год после начала работы по ее результатам была представлена к публикации статья в журнале «Доклады Академии наук» и опубликована статья в сборнике «Physical and Mathematical Modeling of Earth and Environment Processes (2018)». Результаты также были представлены на двух международных школах молодых учёных. В настоящее время представлена к публикации статья в журнале «Global and Planetary Change» (входит в список «Топ-25»).

Сейчас Ольга поступает в аспирантуру кафедры физики атмосферы физического факультета МГУ. Там она продолжит свои исследования. Как предполагается, её работа будет связана с разработкой методов автоматической настройки климатических моделей и их отдельных компонент, а также с построением алгоритмов прогноза изменений природной среды и климата на основе расчётов с ансамблями моделей земной системы.

Арктический регион наиболее чувствителен к изменениям климата. В течение последних нескольких десятилетий потепление в Арктике происходит с темпом, который в два раза больше, чем в среднем по земному шару. Это потепление связано с быстрым уменьшением ледового покрова в Северном Ледовитом океане, особенно летом и осенью. Наряду возможными нежелательными последствиями, таяние морского льда приводит к увеличению периода навигации на Северном морском пути, который является кратчайшим судоходным маршрутом из Европы на Дальний Восток. Продолжительность навигации по Северному морскому пути продолжит увеличиваться при условии, что потепление продолжится в будущем.

Оценка будущих изменений климата и состояния природной среды возможна лишь с использованием современных моделей Земной системы. Однако такие расчёты характеризуются рядом неопределенностей: Первая из них — возникает из-за межгодовой изменчивости климата и затрудняет задание начальных условий интегрирования модели, особенно принимая во внимание недоступность измерений для задания этих условий в середине XIX века — период, когда климат можно ещё считать квазиравновесным. Вторая неопределенность связана с недостаточностью наших знаний о процессах, управляющих климатом — с формулировкой модели, в том числе её структуры (например, выбора тех или иных схем параметризации для процессов, которые не могут быть разрешены явно) и значений управляющих параметров. Наконец, неопределённость прогноза будущих изменений климата связана с неопределённостью сценариев внешнего, в том числе антропогенного, воздействия на Земную систему.

В связи с этим, необходимо, во-первых, использовать ансамблевый подход к оценке будущих изменений характеристик природной среды и климата (что позволяет охватить широкий спектр возможных изменений, согласующихся с современными знаниями об определяющих процессах). Во-вторых, следует использовать методы, которые уменьшают вклад этих неопределенностей в модельные прогнозы. Эти методы основаны на количественной оценке качества воспроизведения наблюдаемых изменений конкретными моделями ансамбля (в англоязычной литературе используется термин «model skill»). Наиболее часто в настоящее время используются методы, основанные на байесовых статистических методах.

В нашей работе указанный подход был использован для оценки изменений характеристик навигационного периода (ПНП) на Северном морском пути (СМП). При продолжении глобального потепления в XXI веке можно ожидать существенного увеличения продолжительности этого навигационного периода, его более раннее начало и более позднее окончание. Однако количественные оценки этих изменений в настоящее время характеризуются значительным разбросом. Особенностью применения метода было выделение качества воспроизведения изменения характеристик ПНП на разных временных масштабах (бесконечно большой масштаб времени, масштаб времени 102–101 лет и масштаб порядка 101 лет) с одновременным требованием к моделям адекватного воспроизведения изменений на всех выделенных временных масштабах.

Как и ожидалось, потепление климата при антропогенном увеличении содержания парниковых газов в атмосфере приводит к более раннему началу, более позднему завершению и большей продолжительности навигационного периода на Северном морском пути. В нашей работе получено, что при умеренном и агрессивном сценариях антропогенных воздействий ожидаемая ПНП на СМП составит 2–3 месяца в середине XXI века и 3–6 месяцев в его конце соответственно (рис. 1).

Рис. 1. Средняя по ансамблю длительность навигационного периода при на Северном морском пути при умеренном сценарии антропогенных воздействий на климат RCP 4.5 Линиями разного цвета показаны результаты, полученные при разных предположениях о методе вычисления достоверности результатов для отдельных моделей ансамбля. Серой линией показаны оценки, полученные по спутниковым данным для концентрации морского льда.

Рис. 2. Подобно рис. 1, но для дат начала и конца навигации на Северном морском пути.

Навигация при агрессивном и умеренном сценариях в среднем по ансамблю начинается соответственно в начале июня и в конце июня в середине XXI века и в мае и начале июня — в его конце (рис. 2). Среднее по ансамблю окончание навигации при агрессивном и умеренном сценариях приходится на сентябрь-октябрь в середине XXI века и на конец октября-ноябрь в последние годы столетия. Доверительный интервал полученных оценок заметно меньше, чем у соответствующих оценок, полученных ранее.

Было выяснено, что неопределенность, связанная с недостаточностью наших знаний о процессах, управляющих климатом в высоких широтах, в настоящее время является более важной, чем неопределенность, связанная с естественной изменчивостью климата.

Пожелаем Ольге дальнейших научных успехов.

Ведущий научный сотрудник кафедры физики атмосферы, дфмн Елисеев А.В.

Назад