Ученые Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ и Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН создали трехмерную модель термогидродинамики и биохимии внутренних водоемов, которая поможет определить вклад этих водных объектов в глобальные климатические процессы.
Слева представлено распределение потока метана в атмосферу (моль/м³). 2Летом 2020 года с поверхности Рыбинского водохранилища наблюдался более интенсивный поток, обозначенный красным цветом, а слабый – синим. (Снимок слева – результат расчетов Д. Гладских, построенных в программе Tecplot.)
С правой стороны расположено изображение с космоса, сделанное спутником Terra/MODIS 22 апреля 2022 года в видимой области спектра на территории Рыбинского водохранилища.
Озера и водохранилища — важные части многих природных ландшафтов. Процессы в них интересны для гидрологии и экологии, а также играют роль в метеорологии и климатологии. Например, в изучении климата Земли и его изменений. Внутренние водоемы выделяют парниковые газы; особый интерес представляет метан из-за высокого парникового потенциала: в 72 раза выше, чем у углекислого газа, за 20 лет, и в 25 раз — за 100 лет. Это значит, что за 20 лет одна тонна метана удержит столько же тепла в атмосфере, сколько 72 тонны углекислого газа.
Ученые МГУ и РАН разработали и совершенствуют трехмерную численную модель внутренних водоемов. Модель объединяет несколько блоков: термогидродинамики, биохимический блок и блок термодинамики льда и снежного покрова.
Модель позволяет получить полную информацию о распределении температуры и примесей, а также о потоках тепла, влаги и парниковых газов в атмосферу с учетом особенностей конкретного водного объекта. Это важно для калибровки моделей меньшей пространственной детализации и подготовки измерительных кампаний.
Разработчики модели создают вычислительно малозатратные методы математического описания объектов для включения в модели Земной системы и параметризуют новые эффекты для учета всех процессов, влияющих на климатически значимые характеристики озер и водохранилищ.
Результаты исследований термогидродинамических и биохимических процессов в озерах и водохранилищах применяются в проектах, финансируемых Российским научным фондом (проект 23-77-01032, «Исследование пространственно-временной изменчивости переноса парниковых газов во внутренних водоемах: теория, численное моделирование и анализ натурных данных») и Министерством образования и науки (проект 124042700008-6 ФНТП «Исследование процессов в геофизических пограничных слоях и создание новых подходов для их параметризации в моделях Земной системы» в рамках программы «Совершенствование глобальной модели Земной системы мирового уровня для исследовательских целей и сценарного прогнозирования климатических изменений»).
Фотографии и сведения предоставил Научный исследовательский центр МГУ имени М.В. Ломоносова.