Развитие методов описания процессов формирования речного стока в модели деятельного слоя суши ИВМ РАН-МГУ

Возможности анализа механизмов изменений природных систем вследствие глобального потепления, построения надежных прогнозов масштабов и направленности этих изменений зависят сегодня от уровня развития численных моделей Земной системы (ESM). Определяющую роль в биогеохимическом и энергетическом взаимодействии суши с атмосферой и океаном играют процессы гидрологического цикла, адекватное описание которых повышает, как подтверждено многими исследованиями, диагностические и прогностические возможности моделей. В последние годы достигнут значительный прогресс по улучшению описания гидрологического цикла суши на глобальном масштабе. Вместе с тем, на региональном масштабе современные ESM с большими погрешностями воспроизводят гидрологические характеристики, в том числе, интегральный показатель водного режима территорий – речной сток. В значительной степени отсутствие заметного прогресса в этой области связано с упрощенным описанием процессов формирования речного стока в моделях деятельного слоя суши, являющихся элементом ESM. Модель деятельного слоя суши ИВМ РАН-МГУ входит в структуру модели Земной системы ИВМ РАН – единственной отечественной модели, участвующей в глобальных климатических экспериментах CMIP. При этом модернизация модели деятельного слоя суши затрагивала, в основном, ее отдельные компоненты, в то время как возможности модели для описания других составляющих гидрологического цикла, прежде всего, процессов формирования речного стока, исследованы недостаточно. В результате режим речного стока даже для крупных речных бассейнов, воспроизводится моделью со значительными погрешностями. В силу значительного вклада речного стока в водный баланс территорий на большей части суши, эти погрешности ухудшают оценки и других компонент климатической системы. Цель заявленного проекта – повышение точности воспроизведения моделью деятельного слоя суши ИВМ РАН-МГУ годового и сезонного водного стока в крупных речных бассейнах на базе разработанных в ходе выполнения проекта новых подходов к параметризации процессов формирования речного стока. Для достижения указанной цели исследования будут вестись по 3-м направлениям, соответствующим современным тенденциям развития моделей деятельного слоя суши. 1. Совершенствование моделей отдельных процессов формирования речного стока в модели ИВМ РАН - МГУ, включая разработку моделей инфильтрации воды в мерзлую почву с учетом влияния льда и переохлажденной влаги; формирования снежного покрова под пологом леса; формирования ледникового стока. 2. Совершенствование методов описания пространственной изменчивости гидрологических процессов в модели ИВМ РАН - МГУ, включая разработку новых методов параметризации пространственной (подсеточной) изменчивости запасов воды в снежном покрове и впитывающей способности почвогрунтов; построения речной сети и схематизации речного бассейна. 3. Развитие методов оценки параметров и тестирования модели ИВМ РАН - МГУ, включая разработку новых методов оценки гидрофизических параметров почвы по почвенно-гидрологическим константам; разработку методов верификации модели по данным наблюдений за речным стоком на основе принятых в гидрологических исследованиях критериев качества и с использованием гидрологически обоснованной референтной модели. Исследования будут проводиться на примере нескольких крупных речных бассейнов (предположительно, Северная Двина, Печора, Лена), а также одного из высокогорных речных водосборов Кавказа Новизна проекта состоит в использовании для развития модели деятельного слоя суши ИВМ РАН-МГУ достижений и разработок в области моделирования речного стока, широко применяемых и доказавших свою эффективность для решения чисто гидрологических задач, но не ориентированных на моделирование элементов Земной системы. Ключевым результатом проекта должно стать расширение диагностических и прогностических возможностей модели ИВМ РАН-МГУ вследствие повышения точности воспроизведения этой моделью водного стока с речных бассейнов.