Грант Минобрнауки № 075-15-2024-657 Оценка уязвимости прибрежных экосистем тропической зоны к изменению климата с целью адаптации управления природопользованием
Акроним проекта VULNECOAST
Проект поддержан Министерством науки и высшего образования Российской Федерации в рамках предоставление грантов в области науки в форме субсидии из федерального бюджета на обеспечение проведения российскими научными организациями и (или) образовательными организациями высшего образования совместно с иностранными организациями научных исследований в рамках обеспечения реализации программы двух- и многостороннего научно-технологического взаимодействия.
Цель проекта
Целью работы является исследование отклика тропических прибрежных экосистем на глобальные климатические изменения и разработка системы принятия управленческих решений для минимизации последствий изменения климата на основе метода нечеткой логики. В результате исследований будет разработана методология, реализованная в цифровой среде, позволяющая выполнить оценку геоэкологического состояния различных типов прибрежных экосистем тропической зоны, интегрированная в систему оптимизации управления природопользованием, построенную на основе методов нечеткой логики.
Проект реализуется по Программе BRICS STI Framework «Адаптация к изменению климата и смягчение его последствий», которая призвана поддерживать выдающиеся исследования в ключевых областях, где многонациональный подход способен принести наиболее значимые результаты. Инициатива направлена на развитие сотрудничества между учеными и научными учреждениями в рамках консорциумов, объединяющих партнеров как минимум из трех стран БРИКС.
Руководитель проекта
Горбунова Татьяна Юрьевна, старший научный сотрудник лаборатории ландшафтной экологии и геоматики, кандидат географических наук
Ключевые исполнители проекта
Горбунов Роман Вячеславович, директор ФИЦ ИнБЮМ, доктор географических наук
Крашенинникова Светлана Борисовна, руководитель отдела функционирования морских экосистем, кандидат географических наук
Табунщик Владимир Александрович, руководитель лаборатории ландшафтной экологии и геоматики, кандидат географических наук
Сафонова Мария Сергеевна, научный сотрудник лаборатории ландшафтной экологии и геоматики
Келип Андрей Алексеевич, начальник Центра коллективного пользования «Дистанционное зондирование»
Исполнители проекта
Серых Илья Викторович, кандидат физико-математических наук
Никифорова Александра Александровна, младший научный сотрудник лаборатории ландшафтной экологии и геоматики
Линёва Настасья Павловна, ведущий инженер лаборатории ландшафтной экологии и геоматики
Дрыгваль Полина Валерьевна, младший научный сотрудник лаборатории ландшафтной экологии и геоматики
Войцеховская Вероника Викторовна, младший научный сотрудник отдела радиационной и химической биологии
Башкирова Анастасия Юрьевна, ведущий инженер отдела функционирования морских экосистем
Иностранные партнеры проекта
Федеральный университет Рио-де-Жанейро (Бразилия)
1) Fabio Luiz Peres Krykhtine, доктор наук в области промышленной инженерии, Федеральный университет Рио-де-Жанейро, Политехническая школа UFRJ. Специальный координатор по международным связям с Российской Федерацией, специалист по управлению проектами со степенью MBA в области управления проектами Федерального университета Флуминенсе (2006). Участник международных исследовательских групп, занимающийся разработкой проектов для БРИКС и взаимодействием с университетами России, США, Франции, Китая, Великобритании и других.
2) João Paulo Machado Torres, доктор наук по биофизике, профессор, Федеральный университет Рио-де-Жанейро, Институт биофизики Карлоса Шагаса Фильо. Является специалистом в области биофизики с упором на биофизику окружающей среды, особенно в таких областях, как загрязнение окружающей среды, ДДТ, ПХД, хлорорганические соединения и загрязнение окружающей среды.
3) Osvaldo Moura Rezende, доктор наук в области гражданского строительства, профессор, Федеральный университет Рио-де-Жанейро, Политехническая школа UFRJ. Соавтор книги «Городской дренаж – от традиционного дизайна к устойчивому развитию», изданной издательством Elsevier (2015), и обладатель премии Джабути, третье место в категории «Инженерия, технологии и информатика». Работает в области управления рисками наводнений, санитарии и водных ресурсов, разрабатывает исследования и проекты, включающие вычислительное математическое моделирование, моделирования наводнений в городских и сельских районах.
4) Carlos Alberto Nunes Cosenza, доктор наук в области промышленной инженерии, профессор, Федеральный университет Рио-де-Жанейро, Политехническая школа UFRJ.
5) Fabiano Lopes Thompson, доктор наук по биохимии, профессор, Институт биологии UFRJ. Координировал Сеть передовых исследований в области морской биотехнологии и проекты с Германией, Аргентиной, Бельгией, Францией, Нидерландами, Японией, Мексикой и США. Имеет опыт работы в микробиологии, в основном работая над такими темами, как океанография, рифовые системы, морская микробиология, микробная таксономия, микробное биоразнообразие, метагеномика, вибрионы и морская биотехнология. Один из первых океанографов, погрузившихся в новый биом Амазонки/Большого Амазонского рифа. Координирует Национальную сеть морской биотехнологии MCTI.
Дурбанский технологический университет(ЮАР)
1) Oludolapo Akanni Olanrewaju, доктор наук в области промышленной инженерии, профессор, Дурбанский Технологический университет.
2) Joseph Samuel Akpan инженер-механик, Южноафриканский национальный институт развития энергетики (SANEDI), Izovutha Pty Ltd.
3) Felix Mora Camino, доктор инженерных наук и доктор наук по операционному исследованию, профессор, факультет промышленной инженерии. Входил в состав франко-испанской Пиренейской рабочей группы (Work Community of the Pyrenees) с 2000 по 2010 год, посвященной научным проблемам, связанным с охраной окружающей среды в этом регионе. Доктор Мора-Камино был лидером международной научной команды в начальной фазе распространения Covid-19 для моделирования распространения болезни и изучения эффекта политики изоляции, в настоящее время он является частью команды, занимающейся управлением охраной окружающей среды прибрежного города в Бразилии
4) Maliga Reddy, доктор философии, заместитель директора в отделе государственного управления, Дурбанский технологический университет, направление государственного управления и экономики. Как начинающий исследователь и профессионал в области бедствий, доктор Редди активно участвует в Сообществе Практики по Управлению Бедствиями и рисками.
5) Oluyomi Ajayi, доктор в области промышленной и системной инженерии, президент Института продуктивности, Южноафриканский национальный институт развития энергетики (SANEDI), Izovutha Pty Ltd. специализирующейся на эффективном управлении энергией и устойчивом развитии. Сочетая теории с практикой в области устойчивости и устойчивого развития на протяжении более двух десятилетий, он доказал, что ведущие комплексные, многофункциональные проекты по смягчению последствий изменения климата осуществляются на всех континентах.
Задачи исследования включают в себя пять уровней
1. Выявить роль глобальных климатических процессов в изменении климата на рассматриваемых ключевых участках (северное и восточное побережье Черного моря (экосистемы субтропиков), прибрежные экосистемы в районе Рио-де-Жанейро (Бразилия), западного побережья ЮАР (тропические экосистемы)), в частности: выбрать модели «океан-атмосфера», наиболее точно воспроизводящие гидрометеорологические параметры на историческом периоде наблюдений и сделать прогноз изменения температуры воздуха, осадков при различных сценариях выбросов парниковых газов для тестовых участков, проанализировать очаги тепла, их рост и динамику и выявить тепловое загрязнение. Верификация моделей «океан-атмосфера» в рамках проекта CMIP 5 и 6 на историческом периоде будет проведена путем их сравнения с данными наблюдений метеорологических станций на тестовых участках. Далее с помощью выбранной модели будет дан прогноз изменений температуры и осадков на ближайшие 50 лет.
2. Выявить реакции экосистем на изменение климата: проанализировать динамику и построить прогноз изменения растительного покрова, установить связи изменчивости вегетационных индексов с глобальными климатическими индексами, температурой воздуха и осадками, выявить районы аномалий вегетационных индексов, температуры воздуха и осадков, связанные с максимальными и минимальными значениями выбранных климатических индексов. Анализ растительности через вегетационные индексы имеет ряд преимуществ: NDVI обеспечивает непосредственное количественное измерение зеленой биомассы; метод чувствителен к изменениям в состоянии растительности. Прогноз динамики растительности и вегетационных индексов с использованием индекса Херста является направлением, доказавшим свою адекватность. Изменения климатических индексов могут влиять на осадки и температуру, что в свою очередь влияет на рост и количество зеленой фитомассы. Изучение связи между глобальными климатическими индексами и вегетационными индексами может помочь в прогнозировании последствий климатических изменений.
3. Выявить реакции природно-антропогенных экосистем на изменение климата: влияние различных факторов на динамику типов наземного покрова, построить прогнозы потери почвы и развития эрозионных процессов, возможности проявления наводнений в связи с климатическими изменениями и ростом антропогенной нагрузки. Использование космических снимков и наборов данных о типах наземного покрова позволяет более точно классифицировать и анализировать разнообразные изменения, происходящие на суше с использованием современных дистанционных методов исследования и геоинформационных систем. Данные о наземном покрове позволяют отслеживать изменения во времени, что полезно для мониторинга окружающей среды и ресурсов и способствует развитию онлайновых мониторинговых исследований. Геоинформационное моделирование рисков наводнений и затоплений, эрозионных процессов и потери почвы позволяет осуществить пространственно-временную оценку указанных процессов в условиях климатических изменений.
4. Разработать методологию геоэкологической оценки прибрежных экосистем тропической зоны в условиях климатических изменений, реализованную в цифровой среде, обосновать критерии геоэкологической оценки прибрежных экосистем тропической зоны, базирующиеся на данных дистанционного зондирования и геоинформационного моделирования (изменение климата, параметры отклика экосистемы, загрязнение атмосферного воздуха, антропогенная преобразованность, динамика численности и плотности населения и др.), выполнить оценку выбранных критериев и построить интегральные карты геоэкологического состояния выбранных ключевых участков в условиях климатических изменений. Разработать алгоритм, способный описать эффект изменения климата в прибрежных зонах.
5. Создать цифровой продукт реализации методологии геоэкологической оценки прибрежных экосистем тропической зоны в условиях климатических изменений. Выполнить интеграцию методологии оценки геоэкологического состояния экосистем в модуль принятия управленческих решений в области природопользования, построенной на основе методов нечеткой логики. Разработать модуль принятия решений на основе разработанного сценария изменения климата в прибрежных зонах. На основе данных модуля принятия решений разработать рекомендации по адаптации системы управления природопользованием в ответ на изменение климата на основе метода нечеткой логики.
Результаты исследования в 2024 год (краткие)
Проанализированы модели проекта CMIP5 (GFDL, MPI) и CMIP6 (GFDL), их исторический и прогностический массивы данных о температуре воздуха и осадков в трех тестовых регионах. На историческом массиве 2006–2023 гг. произведено сравнение среднемноголетних величин, а также долговременных тенденций изменений метеорологических параметров (Ta, P), полученных по данным измерений метеостанций, реанализа ERA5, моделей проекта CMIP5 (GFDL, MPI).
Проведены исследования моделей океан-атмосфера и выбраны наиболее подходящие для прогноза изменений температуры и осадков на ближайшие 50 лет. Для Черноморского региона и западного побережья ЮАР это модели GFDL-4.5, GFDL8.5, для штата Рио-де-Жанейро – модели MPI4.5, MPI8.5. Дан прогноз изменений температуры и осадков на основе 6 моделей.
Установлены связи изменчивости индекса NDVI с глобальными климатическими индексами, температурой воздуха и осадками. Для каждого ключевого участка выявлены районы аномалий NDVI, температуры воздуха и осадков, связанные с максимальными и минимальными значениями выбранных климатических индексов.
Расчеты динамики островов тепла выявили рост температуры поверхности и очагов тепла в Черноморском регионе и на Западном побережье ЮАР, их снижение в штате Рио-де-Жанейро.
С помощью вегетационного индекса NDVI проанализирована динамика растительного покрова, выделены территории снижения и роста фитомассы, а также территории без значительных изменений для каждого из рассматриваемых участков. Рассчитанный тренд изменения растительного покрова говорит о продолжающемся на всех участках изменении NDVI, без смены направленности.
Проведены вебинары и очные семинары между исполнителями проекта, исследования на территории тестового участка штата Рио-де-Жанейро, изучены природно-антропогенных характеристики этой территории.
Проанализированы основные факторы уязвимости прибрежных территорий. На их основе определены критерии и показатели, необходимые для моделирования системы принятия решений управления природопользованием.
Очный международный научный семинар исполнителей гранта на территории страны-партнера (Бразилия)
В рамках реализации международного грантового проекта, с 9 по 19 декабря 2024 года, состоялся первый очный международный научный семинар с участием исполнителей гранта на территории Бразилия (рис. 1). Местом проведения семинара выступил Федеральный университет Рио-де-Жанейро, один из ведущих университетов страны. Основной целью семинара стало обсуждение текущего прогресса в исследованиях в рамках проекта, определение путей решения поставленных научных задач, обмен опытом и знаниями, а также взаимная оценка методологических подходов, применяемых участниками проекта.
1. Рабочее совещание в рамках очного международного семинара в Федеральном университете Рио-де-Жанейро
В ходе семинара основное внимание было уделено обсуждению промежуточных результатов исследований, полученных участниками проекта (рис. 2). Были проведены рабочие совещания, посвященные детальному анализу методологий, используемых различными исследовательскими группами, а также оценке их эффективности. Особый акцент был сделан на выявлении проблемных моментов и совместной разработке решений, способствующих более качественному и эффективному достижению целей проекта. Подобный формат обмена позволил укрепить научные связи между партнерами и повысить качество проводимых исследований.
2. Обсуждение полученных в рамках проекта предварительных результатов
В рамках семинара были организованы посещения ключевых научно-исследовательских объектов Федерального университета Рио-де-Жанейро. Исполнители гранта получили возможность ознакомиться с передовой инфраструктурой лаборатории океанических технологий в Технопарке Федерального университета Рио-де-Жанейро (рис. 3). Особый интерес вызвал один из крупнейших резервуаров для моделирования поведения и воздействия волн и течений (рис. 4), позволяющий проводить эксперименты, воспроизводящие различные гидродинамические условия. Кроме того, участники посетили Лабораторию вод и городов (рис. 5), а также факультет водных ресурсов и окружающей среды, где были заслушаны доклады по тематике исследований (рис. 6). В ходе визитов были проведены дискуссии с ведущими бразильскими учеными, что способствовало обмену передовым опытом и технологиями в области водных ресурсов и управления прибрежными территориями.
3. Посещение участниками проекта лаборатории океанических технологий
4. Посещение участниками проекта резервуара для моделирования поведения и воздействия волн и течений в лаборатории океанических технологий
5. Посещение участниками проекта лаборатории вод и городов
6. Обсуждение текущих результатов исследования
Важной частью программы семинара стало посещение операционного центра города Рио-де-Жанейро (рис. 7, 8). Этот визит позволил ознакомиться с системой городского управления, мониторинга и реагирования на чрезвычайные ситуации, что имеет непосредственное отношение к исследованиям в области устойчивого развития городов и адаптации к изменению климата. Участники проекта получили возможность оценить, как используются современные информационные технологии для решения городских проблем.
7. Российская делегация в Операционном центре Рио-де-Жанейро
В рамках семинара была проведена полевая экспедиция с участием исследователей проекта с целью посещения различных районов Макрорегиона Рио-де-Жанейро, простирающегося от города Рио-де-Жанейро до города Арраял-ду-Кабу (рис. 9.9). Экспедиция была направлена на изучение природно-антропогенных характеристик исследуемой территории (рис. 10). Особое внимание уделялось анализу состояния растительности, характеристике береговой линии, наличию и особенностям инфраструктуры, эрозионным процессам и деградации земель.
8. Совещание участников проекта в Операционном центре Рио-де-Жанейро
10. Посещение участниками проекта прибрежных территорий штата Рио-де-Жанейро, Бразилия
В ходе экспедиции были выявлены ключевые особенности и характеристики тестовых участков, которые в дальнейшем будут использованы для проведения сравнительного анализа. Наблюдения в полевых условиях позволили получить более полное представление о специфике изучаемых территорий для дальнейших исследований.
В рамках рабочих совещаний участниками проекта были представлены результаты работ ха первый год, совместно проработаны критерии геоэкологической оценки территории тестовых участков и критерии уязвимости прибрежных территорий (рис. 11).
Первый очный международный научный семинар исполнителей гранта в Бразилии стал важным этапом в реализации проекта. Он способствовал углублению сотрудничества между участниками, уточнению целей и задач исследований, обмену опытом и знаниями, а также сбору необходимой информации о ключевых территориях. Результаты, полученные в ходе семинара, будут использованы для дальнейшей реализации грантового проекта и публикации научных результатов.
11. Обсуждение участниками проекта критериев геоэкологической оценки ключевых участков и оценки уязвимости прибрежных экосистем
Новости о Проекте
https://ibss-ras.ru/News-IBSS/2785/?sphrase_id=3629935
https://ibss-ras.ru/News-IBSS/2866/?sphrase_id=3629935
https://ibss-ras.ru/News-IBSS/2881/?sphrase_id=3629935