Особливості прогнозування регіональних кліматичних змін на основі аналізу матеріалів ДЗЗ та енергомасообміну в геосистемах

brief description

Національна академія наук України

Державна установа «Науковий Центр аерокосмічних досліджень Землі Інституту геологічних наук Національної академії наук України»

На правах рукопису

АРТЕМЕНКО ІГОР ГЕННАДІЙОВИЧ

                                      УДК 551.588.7(550.814:528.8):504.3

Особливості прогнозування регіональних кліматичних змін на основі аналізу матеріалів ДЗЗ та енергомасообміну в геосистемах

05. 07.12 – дистанційні аерокосмічні дослідження

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Науковий керівник

Костюченко Юрій Васильович –

кандидат фіз.–мат. наук, с.н.с.,

провідний науковий співробітник

ДУ «Науковий Центр аерокосмічних

досліджень Землі Інституту

геологічних наук НАН України

Київ – 2012

ЗМІСТ

ВСТУП..........................................................................................................................	4
Розділ 1 ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ДОСЛІДЖЕНЬ ……………………………….	13
1.1 Аналітичний огляд досліджень з визначення радіаційних властивостей атмосфери…......................................................................................................	13
1.2 Огляд сучасних підходів до відтворення стану кліматичної системи та аналізу кліматичних змін за допомогою кліматичних моделей...................	32
1.2.1. Огляд існуючих кліматичних моделей.....................................................	36
1.2.2 Огляд джерел та баз даних, які містять кліматичну інформацію...........	49
1.2.3 Загальний перелік моделей, використовуваних для моделювання компонентів кліматичної системи………………………………	50
Розділ 2 МЕТОДИЧНІ ОСНОВИ ДОСЛІДЖЕНЬ…………………………………	53
2.1 Засоби та методи супутникового спостереження для аналізу стану атмосфери та атмосферних процесів………………………………………...	53
2.1.1 Метод визначення концентрації СО2 в атмосфері за даними сенсора SCIAMACHY супутника Envisat-1.............................................................	57
2. 1.2 Метод визначення концентрації СО2 в атмосфері за даними сенсора AIRS супутника Aqua................................................................................	58
2. 1.3 Метод визначення концентрації СО2 в атмосфері за даними сенсора TANSO-FTS супутника Ibuki/GOSAT…...................................................	60
2.2  Методичні основи застосування даних про хімічний склад атмосфери та  концентрацій  парникових газів для вдосконалення кліматичних моделей ……………………………………………………………………………………….	61
Розділ 3. РЕЗУЛЬТАТИ ЗАСТОСУВАННЯ ДАНИХ СУПУТНИКОВОГО СПОСТЕРЕЖЕННЯ ДЛЯ АНАЛІЗУ ЧИННИКІВ ТА НАСЛІДКІВ КЛІМАТИЧНИХ ЗМІН ТА КАЛІБРУВАННЯ КЛІМАТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ.....................................................................................................	90
3.1 Застосування даних супутникового спостереження для визначення атмосферних концентрацій на регіональному рівні.....................................	90
3.1.1 Результат застосування даних спеціалізованих космічних зйомок сенсором SCIAMACHY для розрахунку кількісних показників вмісту СО2 та СH4.......................................................................................	103
3.1.2 Оцінка сумарного підвищення середньорічної температури повітря над Україною до 2030 р., обумовленого змінами вмісту парникових газів в атмосфері.........................................................................................	110
3.1.3 Аналіз похибок визначення концентрацій парникових газів.................	112
3.1.4 Оцінка достовірності використаних в роботі даних супутникового спостереження.............................................................................................	116
3.2 Обґрунтування методики оптимізації даних глобального супутникового геомоніторингу методом просторової інтерполяції Колмогорова на прикладі деталізації супутникових даних атмосферних концентрацій діоксиду вуглецю............................................................................................	118
3.3Оцінка придатності даних ДЗЗ на прикладі моделювання сценаріїв розвитку вмісту в атмосфері діоксиду вуглецю залежно від антропогенних і природно-антропогенних процесів на прикладі Нікопольського гірничопромислового району..............................................................................................................	124
ВИСНОВКИ..................................................................................................................	130
ЛІТЕРАТУРА...............................................................................................................	134

ВСТУП

Незаперечні зміни клімату на Землі викликають все зростаючі негативні наслідки на світову економіку (рис. 1).

Рис. 1 – Вплив зміни клімату на Світову економіку [1]

Виклики, пов’язані з цими змінами поставили перед суспільством задачі глобального характеру, що в першу чергу обумовлені їх загрозою не якійсь частині світового суспільства, а людству в цілому. В зв’язку з цим, соціально-економічні і технологічні ресурси наукового потенціалу світової спільноти потребують швидкої мобілізації всіх наявних ресурсів, для вирішення задач, за допомогою яких будуть розроблені стратегії адаптації від негативних екологічних наслідків як у глобальному, так і у регіональному масштабах, з метою подальшого сталого розвитку людства. Особливістю кліматичних змін за останні десятиріччя, є ескалація загрози руйнування екологічної системи, яка призводить до суттєвих катаклізмів, які в свою чергу, призводять до суттєвих людських та економічних втрат, останні в свою чергу спричиняють ті ж самі людські втрати. Розуміння цих проблем викликало бурхливий прогрес в різних галузях знання і, в першу чергу, в галузі наук про Землю. Це зумовлено необхідністю розробки наукових основ оцінки небезпеки та управління ризиками, пов’язаними з глобальними змінами клімату і довкілля, тобто – прийняття рішень в стратегічно важливих областях суспільного розвитку. Такий підхід потребує інтеграції новітніх досягнень наукових фахівців, а також зусиль спрямованих на більше інтенсивну роботу наукових установ різних галузей направлених на розробку нових методів вирішення задач пов’язаних з кліматичними змінами із залучення всіх можливих ресурсів.

Окремої уваги в цьому контексті потребують новітні методи моніторингу і спостереження земної поверхні, зокрема, супутникові технології. В Указі Президента України № 933/2005 від 10 червня 2005 року «Про заходи щодо дальшого розвитку космічної галузі України» підкреслюється, що розвиток космічних технологій та їх ефективне використання в інтересах національної економіки, науки, оборони і безпеки є одним з пріоритетних завдань виконавчої влади. Враховуючи, що дистанційне зондування Землі є однією з провідних і ефективних сучасних космічних технологій, слід передбачити його широке застосування для оперативного і економічного вирішення актуальних для України задач. Висока оперативність отримання результатів, наявність великої кількості незалежних джерел даних, тобто знімальної апаратури в різних діапазонах спектру з різною розподільчою здатністю, високий ступень інтегрування інформації, що ними характеризуються супутникові технології, зумовлюють визначну роль дистанційних методів при вирішенні низки прикладних задач контролю стану та управління природними системами, прогнозування небезпечних змін клімату і навколишнього середовища.

В галузі застосування даних ДЗЗ в комплексі задач природокористування та захисту довкілля ДУ «Науковий Центр аерокосмічних досліджень Землі Інституту геологічних наук НАН України» (надалі – Центр) має великий досвід та певні позитивні результати. Ми вважаємо, що залучення даних ДЗЗ для вирішення широкого колу питань геоекології надасть нового поштовху розвитку наук про Землю, що дозволить отримати якісно нові наукові та практичні результати.

Актуальність теми. В зв’язку із доволі швидкою зміною кліматичних показників перед науковою спільнотою постає задача адекватно оцінити вплив чинників, що провокують кліматичні зміни. Іншою задачею є оцінка ризиків, пов’язаних із зміною клімату, та розрахунок основних стратегій стабілізації для сталого розвитку людства. Одним із чинників, що впливають на зміну клімату, визначено парникові гази, які, за думкою та спостереженнями науковців, викликають так званий «парниковий» ефект.

Ґрунтуючись на висновку про безпосередній вплив зміни концентрацій парникових газів в атмосфері на зміну такого кліматичного параметру, як температура, була розроблена стратегія зменшення концентрацій парникових газів в атмосфері шляхом зменшення їхніх викидів. Для реалізації даної стратегії на рівні керівництва країн був підписаний Кіотський протокол (1997 р.), який є доповненням до Рамочної конвенції ООН про зміну клімату.

Для вирішення наукової задачі по визначенню концентрацій парникових газів в атмосфері та виходячи з обов’язків, обумовлених підписанням Кіотського протоколу, актуальною постає робота по оптимізації моніторингу та коректній оцінці інформації про вміст основних парникових газів (зокрема СО₂ та СН₄) над територіями країн. Необхідно зазначити, що технічні можливості по оцінці концентрацій парникових газів супутниковими методами з’явилися у 2002 році, коли були задіяні супутники Envisat-1 та Aqua, на яких розміщаються сенсори SCIAMACHY та AIRS відповідно, що визначають вміст парникових газів в атмосфері. В працях таких іноземних науковців, як M. Buchwitz, M. Reuter, Oliver Schneising, Edward. T. Olsen, Thomas S. Pagano, H. Takagi, I. Morino, розроблено алгоритми визначення концентрацій за даними сенсорів, проведена верифікація на окремих ділянках, оцінена загальна достовірність визначення концентрації для деяких типів підстильної поверхні, отримані глобальні розподіли концентрацій парникових газів, визначені напрямки роботи з розрахунків концентрації на регіональному масштабі.

Серед українських фахівців в даному напрямі необхідно відмітити роботи В.І. Лялька, Ю.В. Костюченка, О.Д. Федоровського, О.І. Сахацького, які спрямовані на уточнення регіональних даних концентрації парникових газів, їх верифікацію та калібровку з даними наземних полігонів, геопросторовий аналіз, розробку і оптимізацію методів використання для оцінки балансу парникових газів на регіональному рівні і для проблемно-орієнтованих моделей енергомасообміну в геосистемах. Вагомий внесок в верифікацію оцінок регіонального балансу вуглецю було зроблено в роботах П.І. Лакіди і Р.А. Буня за даними наземних досліджень з використанням супутникової інформації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, пов’язані з дисертаційною роботою, виконувалися в рамках науково-дослідних робіт, які проводились в ДУ «Науковий Центр аерокосмічних досліджень Землі Інституту геологічних наук НАН України»: НДР «Розробка теоретико-методичних основ прогнозування природних змін з використанням матеріалів космозйомок та моделювання енергомасообміну в геосферах» (2006-2010 рр.) (Державний реєстраційний номер 01064000510), НДР «Дослідження фундаментальних процесів енергомасообміну в системі «ґрунт-вода-рослина» з метою обґрунтування формування на земній поверхні інформативних спектральних сигналів для пошуків корисних копалин та контролю екологічного стану за допомогою аерокосмічних зйомок» (Державний реєстраційний номер 01024000926), НДР «Вивчення глобальних та регіональних змін довкілля на основі дистанційних методів» («Зондування») (2003-2007, 2008-2012 рр.) (Державні реєстраційні номери 01034006444, 01084007971)), НДР «Координація досліджень по створенню аерокосмічного блоку системи GMES: Міждисциплінарний аналіз змін кліматичних і біогеофізичних параметрів земних покровів з метою визначення екологічних загроз; Вдосконалення підходів до прогнозування продуктивності природних та антропогенних ландшафтів; Інтелектуалізація обробки та інтерпретації матеріалів ДЗЗ і гармонізація вітчизняної термінологічно-понятійної бази ДЗЗ та геоінформатики з міжнародними стандартами» (2007-2011 рр.) (Державний реєстраційний номер 01074002303). Ряд положень розроблено під час реалізації проекту в рамках двосторонніх досліджень з Центром космічних досліджень Польської академії наук «Використання даних ДЗЗ для аналізу та прогнозування кліматичних змін та змін екосистем» (2006-2008 рр.).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розробка прикладної методики визначення атмосферних концентрацій парникових газів за даними супутникових спостережень для оцінки балансу парникових газів на регіональному рівні і проблемно-орієнтованих моделей енергомасообміну в геосистемах, як основи для прогнозування кліматичних змін.

Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі задачі:

1.     Аналіз важливих для вирішення поставленої задачі радіаційних властивостей атмосфери.

2.     Аналіз сучасних підходів до відтворення стану кліматичної системи та аналізу кліматичних змін за допомогою кліматичних моделей.

3.     Аналіз сучасного стану методів супутникового спостереження стану атмосфери та вимірів концентрацій парникових газів.

4.     Розрахунок концентрацій парникових газів в атмосфері на регіональному рівні за даними супутникового спостереження.

5.     Розрахунок зміни приземної температури повітря на регіональному рівні за рахунок зміни концентрацій парникових газів.

6.     Оцінка достовірності даних ДЗЗ в задачах прогнозування кліматичних змін за матеріалами сенсорів SCIAMACHY, AIRS, TANSO-FTS та моделі Carbon Tracker.

7.     Визначення шляхів оптимізації подальших досліджень, спрямованих на моніторинг та оцінку емісій і абсорбцій парникових газів з використанням даних ДЗЗ.

Об’єкт дослідження – динаміка парникових газів у зв'язку із процесами енергомасообміну в системі «атмосфера-земна поверхня-океан» за супутниковими даними.

Предмет дослідження – концентрації парникових газів в атмосфері, що впливають на енергомасообмін в системі «атмосфера-земна поверхня-океан».

Методи дослідження. Для вирішення поставлених в роботі задач використовувалися статистичний аналіз, геопросторовий аналіз, кореляційний аналіз, метод адаптивного балансу впливів, метод просторової інтерполяції Колмогорова.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у обґрунтуванні методу визначення регіональних атмосферних концентрацій парникових газів за даними супутникових спостережень на основі використання кліматичних моделей та наземних завіркових даних; визначенні регіональних тенденцій змін атмосферних концентрацій парникових газів за даними супутникового спостереження, оцінці динаміки зміни окремих кліматичних показників на регіональному рівні з використанням даних кліматичного моделювання та супутникових спостережень, регіональній адаптації підходів к оцінці тенденції змін кліматичних параметрів (температура повітря), регіональних розрахунках тенденції змін кліматичних параметрів (температура повітря), використанні супутникових даних для оцінки тенденції змін кліматичних параметрів (температура повітря).

Практичне значення одержаних результатів полягає у адаптації підходів оцінки змін клімату до регіональних умов України, розрахунку регіональних змін температури на період до 2030 року. Розробка і оптимізація методів використання даних ДЗЗ для оцінки балансу парникових газів (СО₂ та СН₄) на регіональному рівні і для проблемно-орієнтованих моделей енергомасообміну в геосистемах.

Особистий внесок здобувача. Безпосередньо автором була проведена робота по узагальненню інформації та впорядкуванню даних про сучасні радіаційні властивості атмосфери, сучасні підходи до відтворення стану кліматичної системи та аналізу кліматичних змін за допомогою кліматичних моделей з метою теоретико-методичного обґрунтування розроблюваних підходів. Автором розроблено метод розрахунку концентрацій парникових газів в атмосфері на регіональному рівні за даними супутникових методів спостереження [1, 3, 5, 6, 9]. Проведено відбір супутникових даних, їх первинну обробку, статистичний аналіз [1, 2, 3, 5, 9], геопросторовий аналіз [3], розрахунок концентрацій за розробленою методикою, отримано нові дані про регіональний розподіл концентрації парникових газів [1, 4, 5, 6].

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційних досліджень доповідалися на кількох міжнародних та національних наукових конференціях. Серед них: Літня школа «Вплив кліматичних змін на морські екосистеми» (Анкара, Туреччина, 2006 р.), Конференція наукової групи програми NEESPI (Лаксенбург, Австрія, 2006 р.), Польсько-Українська нарада з питань програми GMES та космічної погоди (Варшава, Польща, 2007 р.), Перша наукова конференція «Науки про Землю та Космос – суспільству» (Київ, Україна, 2007 р.), «Конференція регіональної наукової групи NEESPI з питань небореальної частини Європи» (Одеса, Україна, 2008 р.), Друга міжнародний семінар з питань програми GMES (Київ, Україна, 2009 р.), Міжнародний дослідницький семінар «Використання супутникових та наземних даних в інтересах сталого розвитку» (Київ, Україна, 2009 р.).

Публікації. За темою дисертації у співавторстві опубліковано 9 наукових праць, в тому числі 3 статті у фахових виданнях, 2 розділи у 2-х монографіях, решта – публікації у інших наукових виданнях та матеріалах конференцій (у тому числі міжнародних).

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 3 розділів і висновків, викладених на 145 сторінках друкованого тексту, 54 рисунків, 10 таблиць і 120 використаних джерел.

Подяки. Автор висловлює щиру подяку академіку НАН України В.І. Ляльку та своєму науковому керівнику кандидату фіз.-мат. наук Ю.В. Костюченку за корисні поради і підтримку протягом всіх етапів підготовки дисертаційної роботи (зокрема, за надану можливість використання даних отриманих на наземних полігонах, стратегічне планування напряму проведених досліджень, тощо), що багато в чому допомогло автору сформувати ідеологію проведених досліджень. Також автор висловлює подяку член-кореспонденту НАН України О.Д. Федоровському за підтримку при написанні математичного блоку дисертаційної роботи та В.О. Гунченку за допомогу при оформленні дисертаційної роботи. Автор висловлює щиру подяку фахівцям університету Бремена та особисто Michael Buchwitz, який надав автору доступ до даних, що отримані сенсором SCIAMACHY (супутник Envisat-1), фахівцям лабораторії реактивного руху (JPL) Каліфорнійського технологічного інституту за відкритий доступ до даних отриманих сенсором AIRS (супутник Aqua) та особисто Edward T. Olsen, який люб’язно надсилав автору інформацію про зміни в методах обробки даних сенсора AIRS. Також автор дякує фахівцям NOAA, які надали відкритий доступ до результатів, отриманих моделлю CarbonTracker, та фахівцям, що беруть участь в проекті GOSAT, за відкритий доступ до даних отриманих сенсором TANSO-FTS (супутник Ibuki/GOSAT).

Публікації:

1.      Лялько В. І.  Дослідження впливу змін СО₂ та СН₄ в атмосфері на клімат за матеріалами космічних зйомок / Лялько В. І., Сахацький О. І., Костюченко Ю. В., Артеменко І. Г., Жолобак Г. М, Левчик О. І. // Геол. Журнал. – 2007. – №4. C. 7-16.

2.      Даргейко Л. Ф.  Оптимизация данных глобального спутникового геомониторинга методом пространственной интерполяции Колмогорова на примере измерений атмосферных концентраций СО₂ / Даргейко Л. Ф., Лялько В. И., Федоровский А. Д., Костюченко Ю. В., Артеменко И. Г. // КНіТ. – 2010. – № 6. C. 11-15.

3.      Федоровский А. Д.  Моделирование содержания СО₂ в атмосфере на основе космической информации ДЗЗ (на примере Никопольского горнопромышленного района) / Федоровский А. Д., Лищенко Л. П., Артеменко И. Г., Суханов К. Ю. //  КНіТ. – 2011. – № 2. C. 56–50.

4.      Лялько В. І.  Космічний моніторинг балансу парникових газів з метою уточнення їхньої інвентаризації // Лялько В. І., Сахацький О. І., Костюченко Ю. В., Артеменко І. Г., Жолобак Г. М, Левчик О. І., Мовчан Д. М. // КНіТ. – 2012. – № 2. C. 3-14.

5.      Lyalko V. I. Estimation of anthropogenic and natural sources of greenhouse gases over Uкraine using remote sensing data / V. I. Lyalko, Yu. V. Kostyuchenko, D. M. Movchan, A. I. Sakhatsky, Z. M. Shportuk, O. N. Sibirtseva, A. A. Apostolov, E. I. Levchik G. M. Zholobak, I. G. Artemenko // Earth Systems Change over Eastern Europe / Akademperiodyka. – Kiev. 2012. – Chapter 3. – 93-128 pp.

6.      Vadim I. Lyalko  Evaluating Vegetation Cover Change Contribution into Greenhouse Effect by Remotely Sensed Data: Case Study for Ukraine / Vadim I. Lyalko, Yuriy V. Kostyuchenko, Galina M. Zholobak, Igor G. Artemenko, Olena I. Levchik and Oleksiy I. Sakhatsky // Regional Aspects of Climate-Terrestrial-Hydrologic Interactions in Non-boreal Eastern Europe /Springer. – 2009. – 157-164 pp.

7.      Артеменко І. Г.  Глобальні стратегії спостереження і моделювання клімату: шлях до забезпечення сталого регіонального розвитку // Матеріали міжнар. конференції «Довкілля - ХХІ». - Том ІІІ. – Дніпропетровськ: ІППЕ НАН України. – 2006. – С. 4-5.

8.      Артеменко І. Г., Архіпов О. І., Архіпова Т. О., Воробйов А. І., Жолобак Г. М. та ін.. Аерокосмічні спостереження в інтересах сталого розвитку і безпеки GEO-UA // Київ. 2008. – 116 с.

9.       Лялько В. І.  Космічний моніторинг (аудит) балансу парникових газів з метою уточнення їх інвентаризації (обсягів викидів та поглинання) / Лялько В. І., Сахацький О. І., Костюченко Ю. В., Артеменко І. Г., Жолобак Г. М., Левчик О. І., Мовчан Д. М. // Збірник тез 11 Української конференції з космічних досліджень, Євпаторія. – 2011 р. – С. 67.

bibliography

ВИСНОВКИ

Визначення зміни концентрацій парникових газів в атмосфері та оцінка їх реального впливу на регіональні кліматичні показники є однією з актуальних проблем сучасності. Для вирішення поставленої задачі – регіонального прогнозу кліматичних змін, в роботі використані сучасні оцінки атмосферної компоненти кліматичної системи, дані існуючих кліматичних моделей, наземних спостережень і новітні технології супутникової зйомки.

На основі виконаних в дисертації робіт були отримані наступні висновки:

1.     Розглянуто та описано склад атмосфери та її сучасні радіаційні властивості важливих для вирішення поставленої задачі. Зокрема були описані шляхи зміни радіаційного балансу Землі. Основну увагу було приділено сучасним оцінкам зміни радіаційного балансу за рахунок внеску парникових газів та аерозолів в радіаційні властивості атмосфери та її спектральні характеристики і зміни концентрації атмосферних галоїдвуглеводнів, стратосферного та тропосферного озону і інших газів.

2.     Проаналізовані існуючі засоби та методи отримання даних по парниковим газам (на прикладі СО₂) за допомогою супутникових спостережень. Важливість цього етапу роботи пояснюється тим, що супутникові методи здатні надати інформацію в глобальному масштабі, за короткий проміжок часу та в рамках єдиної методології. Зокрема в роботі детально розглянуті такі супутники і сенсори спрямовані на оцінку парникових газів, як сенсор SCIAMACHY (супутник Envisat-1), сенсор AIRS (супутник Aqua), сенсор TANSO-FTS (супутник Ibuki/GOSAT), дані з яких були використані в подальшій роботі. На основі розглянутих методів була розроблена прикладна методика визначення атмосферних концентрацій парникових газів за даними супутникових спостережень географічно прив’язана до конкретних територій.

3.     Розглянуто теоретичні основи, класифікацію та методології сучасних кліматичних моделей. Визначено структуру існуючих кліматичних моделей, а також коротко оцінено можливості сучасних моделей надавати перспективні оцінки майбутніх змін клімату.

4. Побудовані розподіли атмосферних змін концентрацій СО₂ та СН₄ на регіональному рівні по різним кліматичним поясам за даними різних сенсорів та вперше співставленні між собою. Зокрема, розроблено метод розрахунку кількісних показників вмісту СО₂ та СH₄  в атмосфері над територією України усереднені по регіонам за даними глобальних супутникових спостережень. На основі порівняння абсолютних значень та тенденцій зміни концентрації СО₂ з урахуванням регіональних відмінностей різних кліматичних регіонів, над якими проводилися виміри, було зафіксовано зростання концентрації СО₂ в атмосфері над різними територіями Землі в період з 2003 по 2005 рр., що підтверджує висновки, зроблені різними міжнародними організаціями.

5.     Проаналізовано супутникові дані про тенденції зміни концентрацій СО₂ та СН₄ за період спостережень з 2003 по 2005 рр. в атмосфері над Україною. Це надало можливість вперше змоделювати зміну температури повітря для України за допомогою математичної моделі Кондратьєва-Крапівіна, яка була попередньо уточнена до умов України до 2030 р. Одержаний орієнтовний прогноз підвищення регіональної температури повітря над територією України, до 2030 р. близько 0,3 °С, є меншими за прогнозовану на цей період українськими гідрометеорологами (1,0-1,5 °С). Це можна пояснити тим, що в наших розрахунках брався до уваги лише вміст СО₂ та CH₄ в атмосфері і не враховувався вплив змін вмісту інших парникових газів, альбедо та аерозолів в атмосфері на зміни температури повітря.

6.     Проведено аналіз похибок визначення концентрацій парникових газів сенсором SCIAMACHY.

7.     Розраховано коефіцієнти відносної достовірності оцінювання для окремих розрахованих даних супутникового спостереження (сенсорів: SCIAMACHY, AIRS, TANSO-FTS).

8.     Обґрунтована можливість моделювання сценаріїв розвитку вмісту в атмосфері СО₂, на прикладі Нікопольського гірничопромислового району, залежно від антропогенних і природно-антропогенних процесів, зокрема для території України, з використанням як вихідної інформації космічних знімків ДЗЗ. За допомогою комп'ютерних програм була виконана тематична обробка космічних знімків території Нікопольського гірничопромислового району, що дозволила картографувати зміни на площі та у часі розвитку антропогенних і природно-антропогенних процесів. Виконана оцінка придатності даних ДЗЗ на прикладі моделювання сценаріїв розвитку вмісту в атмосфері діоксиду вуглецю, в залежності від антропогенних і природно-антропогенних процесів.

9.     Обґрунтована методика оптимізації даних глобального супутникового моніторингу методом просторової інтерполяції Колмогорова на прикладі деталізації супутникових даних атмосферних концентрацій діоксиду вуглецю для території України. Проведені дослідження підтвердили можливість використання цього методу для оптимізації (даунскейлінга) даних глобального супутникового моніторингу для вирішення задач контролю кліматичних і екологічних змін.

В представленій роботі встановлено цілий ряд проблем пов’язаних з оптимізацією використання даних супутникового спостереження в кліматичних моделях та інтерпретації даних супутникових спостережень для моделювання кліматичних процесів. Аналіз виявлених проблем дозволив визначити перспективи та напрями подальших досліджень спрямованих на оптимізацію моніторингу, оцінці емісій та абсорбцій парникових газів і моделювання тенденції зміни майбутніх кліматичних показників, зокрема температури з використанням даних ДЗЗ.

Узгоджений розвиток моделей і спостережень дозволить обчислювати більш якісні глобальні сценарії змін і оцінювати з достатньою точністю істотні регіональні зміни, що є важливим для виявлення зв’язку між природними і антропогенними компонентами глобальних змін, а також між глобальними тенденціями та регіональними особливостями. Цей урівноважений підхід, який ми отримаємо, приведе до якісного покращення оцінок відповідних ризиків та розвитку розумної стратегії адаптації на основі адекватного моделювання, контролю перемінних у реальному часі та постійному моніторингу екосистем. Це необхідно для зменшення ризиків адаптації і підтримки життєздатних стратегій розвитку.

ЛІТЕРАТУРА

1.     Уотсон Роберт Т.  Изменение климата, 2001 г. Обобщенный доклад / Уотсон Роберт Т., Албриттон Даниель Л., Баркер Терри, Башмаков Игорь А. и другие // Женева. – 2001. – 220 с.

2.     Кондратьев К.Я.  Глобальный климат // С.–Пб.: Наука. – 1992. – 357 с.

3.     Офіційний сайт NASA: http://www.nasa.gov/

4.     Пачаури  Р. К.  Измене ние климата, 2007 г. Обобщающий доклад / Пачаури Р. К., Райзингер Э., Берштейн Л., Бош П. и другие // Женева. – 2007. – 104 с.

5.     Buchwitz M. Retrieval of CH4, CO, and CO2 total column amounts from SCIAMACHY near–infrared nadir spectra: Retrieval algorithm and first results, in: Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere VIII / Buchwitz  M., Burrows J. P. // Proceedings of SPIE. ­– №5235. 375-388 pp.

6.     Катцов В. М.  Сравнительный анализ моделей общей циркуляции атмосферы и океана, используемых для оценок будущих изменений климата / Катцов В. М., Мелешко В. П.// Известия РАН. Физика атмосферы и океана. – 2004. – №6. – с.723-736.

7.     Claussen M.  Earth System Models of Intermediate Complexity: Closing the Gap in the Spectrum of Climate System Models / Claussen M., Mysak L. A., Weaver A. J., Crucifix M., Fichefet T. // Climate Dyn. – 2002. – V.18. 579-586 pp.

8.     Мингалев И. В.  Модель общей циркуляции нижній и средней атмосферы Земли, при заданном распределении температуры / Мингалев И. В., Мингалев В. С. // Математическое моделирование – 2005. – №5. т. 17. 24-40 с.

9.     Алексеев В. А.  Моделирование современного климата с помощью атмосферной модели ИВМ РАН / Алексеев В. А., Володин Е. М., Галин В. Я., Дымников В. П., Лыкосов В. Н. // Препринт ИВМ РАН. – 1998. –180 с.

10.                       Hansen J.  Efficient three–dimensional global models for climate studies: Models 1 and 2 / Hansen J., Russel G., Rind D., Stone P., Lacis A.// Monthly weather review. –1983– v. 111. 609-622 pp.

11.                       Курбаткин Г. П.  Спектральная модель атмосферы, инициали­зация и база данных для численного прогноза погоды /  Курбаткин Г. П., Дегтярев А. И.,  Фролов А. В. // Гидрометеоиздат. – 1994.– 183 с.

12.                       Namgaladze A. A.  Global model of the thermosphere–ionosphere–protonosphere system / Namgaladze A. A., Korenkov Yu. N., Klimenko V. V., Karpov I. V. // Pure and Appl. Geophys. – 1988.– v.127. 219-254 pp.

13.                       Dickinson  R. E.  A three–dimensional general circulation model of the thermosphere / Dickinson R. E., Ridley E. C., Roble R. G.// Geophys. Res. –1981.– №A3. v.86p. 1499-1512 pp.

14.                       Марчук Г. И.  Математичекие модели в геофизической гид­родинамике и численные методы их реализации / Марчук Г. И., Дымников В. П., Залесный В. В. // Л.: Гидрометеоиздат.–1987.– 296 с.

15.                       Белов П. Н.  Численные методы прогноза погоды // Л.: Гидрометеоиздат.–1975.–292 с.

16.                       Монин А. С.  Теоретические основы геофизической гидродинамики // Л.: Гидрометеоиздат.–1988.–423 с.

17.                       Wardill P.  Vertical motions in the thermosphere over Mawson, Antarctida / Wardill P., Jacka F.// J. Atmos. Terr. Phys. –1986.– №3. v.48. 289-292 pp.

18.                       Crickmore  R. I.  Vertical termospheric winds at the equatorward edge of the auroral oval / Crickmore R. I., Dudeney J. R., Rodger A. S. // J. Atmos. Terr. Phys. –1991.– №6/7. v.53. 485-492 pp.

19.                       Price G. D.  Simultaneous measurements of large vertical winds in the upper and lower thermosphere  / Price G. D., Smith R. W., Hernandez  G. // J. Atmos. Terr. Phys.–1995.– №6/7. v.57. 485-492 pp.

20.                       Леонтьев С. В.  Измерение скорости нейтрального ветра в Е-области аэрозольной зоны // Геомагнетизм и аэрономия.– 2002.– №4. т.42. с. 529-534.

21.                       Королев А. В.  Влажность воздуха и время фазовой релаксации в смешанных облаках (теоретическое рассмотрение) / Королев А. В., Мазин И. П.// Метеорология и гидрология.–2003.– №3. с. 5-24.

22.                       Кабанов А. С.  Пересыщение водяного пара в облаках / Кабанов А. С., Мазин И. П., Смирнов В. И. // Труды ЦАО. –1971.– вып.95. с. 50-61.

23.                       Мазин И. П.  Облака, их строение и физика образования / Мазин И. П., Шметер С. М. //Л., Гидрометеоиздат.–1983.– 279 с.

24.                       Paluch I. R.   Mixing and evolution of cloud droplet size spectra in vigorous continental cumulus / Paluch I. R., Knight Ch. A.// J. Atmos. Sci. –1984.– v.41. 1801-1815 pp.

25.                       Болин  Б.  Второй доклад об оценках. Изменение климата, 1995 г. / Болин Б., Израэль Ю. А., аль Гейн А. и другие  // Женева. –1995. – 64 с.

26.                       Сидоренков Н. С.  Изменение массы ледникового щита Антарктиды и нестабильность вращения Земли / Сидоренков Н. С.,  Луценко О. В., Брязгин Н. Н., Александров Е. И., Захаров В. Г. // Метеорология и гидрология. –2005.–№8. с. 5-13.

27.                       Сидоренков Н.С.  Атмосферные процессы и вращение Земли // СПб, Гидрометеоиздат.– 2002.– 366 с.

28.                       Сидоренков Н. С.  Некоторые параметры глобального водообмена по данным о вековом движении полюса и неравномерности вращения Земли // Водные ресурсы–1982.– № 3. с. 39-46.

29.                       Сидоренков Н.С.  Неправильности вращения Земли как возможные показатели глобального водообмена // Метеорология и гидрология.–1980.– №1. с. 52-59.

30.                       Sidorenkov N. S.  The nature of seasonal and interannual variation of the Earths rotation //  Proc. Int. Symp. “Figure and Dynamics of the Earth, Moon, and Planets”, Prague.–1987.– 947-960 pp.

31.                       SCIAMACHY homepage: http://www.iup.uni–bremen.de/sciamachy/

32.                       AIRS–TEAM RETRIEVAL FOR CORE PRODUCTS AND GEOPHYSICAL PARAMETERS:http://eospso.gsfc.nasa.gov/eos_homepage/for_scientists/atbd/docs/AIRS/atbd–airs–L2.pdf

33.                       GOSAT Project: http://www.gosat.nies.go.jp/eng/gosat/page2.htm

34.                       Schneising  O.  Three years of greenhouse gas column–averaged dry air mole fractions retrieved from satellite – Part 2: Methane / Schneising O., Buchwitz M., Burrows J. P., H. Bovensmann, P. Bergamaschi and W. Peters // Atmos. Chem. Phys. – 2009. – №9. 443-465 pp.

35.                       Buchwitz M.  Atmospheric methane and carbon dioxide from SCIAMACHY satellite data: Initial comparison with chemistry and transport mo dels / Buchwitz M., de Beek R., Burrows J. P., Bovensmann H., Warneke T., Notholt J., Meirink J. F., Goede A. P., Bergamaschi H., Korner P., Heimann M., and Schulz A.// Atmos. Chem. Phys. – 2005. – №5. 94-962 pp.

36.                       Buchwitz M.  Retrieval of CH₄, CO, and CO₂ total column amounts from SCIAMACHY near-infrared nadir spectra: Retrieval algorithm and first results, in: Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere VIII / Buchwitz M., Burrows J. P. // Proceedings of SPIE. – №5235. 375-388 pp.

37.                       Edward T. Olsen  AIRS Version 5 Release Tropospheric CO₂ Products // Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology. –2009. – 34 p.

38.                       Thermal and Near Infrared Sensor for Carbon Observation (TAN SO) Onboard the Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT): http://www.gosat.nies.go.jp/eng/proposal/download/GOSAT_RA_all_en.pdf

39.                       Лялько В. І.  Дослідження впливу змін СО₂ та СН₄ в атмосфері на клімат за матеріалами космічних зйомок / Лялько В. І., Сахацький О. І., Костюченко Ю. В., Артеменко І. Г., Жолобак Г. М, Левчик О. І. // Геол. Журнал. – 2007. – №4. C. 7-16.

40.                                                                                                                                                                                                                                                                       Лялько В. І.  Космічний моніторинг балансу парникових газів з метою уточнення їхньої інвентаризації // Лялько В. І., Сахацький О. І., Костюченко Ю. В., Артеменко І. Г., Жолобак Г. М, Левчик О. І., Мовчан Д. М. // КНіТ. – 2012. – № 2. C. 3-14.

41.                       Jones  R. G.  Simulation of climate change over Europe using nested regional climate model. I: Assessment of control climate, including sensitivity to location of lateral boundaries / Jones R. G., Murphy J. M., Noguer M. // Quart. J Roy. Meteorol. Soc. –1996.– vol.77. 1413-1449 pp.

42.                                                                                                                                                                                                                                                                       Anthes R. A.  Description of the Penn State/NCAR Mesoscale Model Version4(MM4)  /  Anthes R. A., Hsie E. Y., Kuo Y. H. // NCAR Techn. Note. NCAR/TN–282+STR, Natl Cent. For Atmos. Res. Boulder. Colo.–1987.–70 p.

43.                       Giorgi F.  On the simulation of regional climate using a limited area model nested in a general circulation model // J. Climate. –1990.– vol.3. 941–963 pp.

44.                       Dickinson R. E. A regional climate model for the Western United State / Dickinson R. E., Errico R. M., Giorgi F., Bates G. // Climatic Change. –1989.–№3. vol.15.  383-422 pp.

45.                       Laprise R.  Climate and climate change in western Canada as simulated by the Canadian regional climate model / Laprise R., Caya D., Giguere M. //Atmosphere-Ocean. –1998.–№2. 119-167 pp.

46.                                                                                                                                                                                                                                                                       Giorgi F.  Use of a limited area model nested in a general circulation model for regional climate simulation over Europe / Giorgi F., Marinucci M. R., Visconti G. // Geophys. Res. –1990.– №D11. vol.95. 18413-18431 pp.

47.                       Kato H.  Perfomance of the NCAR RegCM in the simulation of June and January climates over eastern Asia and the High-resolution effect of the model / Kato H., Hirakuchi H., Nishizawa K., Giorgi F. // Geophys. Res. –1999.– №D16. vol.104. 19462-19478 pp.

48.                       Школьник И. М.  Валидация региональной климатической модели ГГО / Школьник И. М., Мелешко В. П., Гаврилина В. М. // Метеорология и Гидрология. –2005.– №1. с.14-27.

49.                       Школьник И. М.  О моделировании климата на ограниченной территории / Школьник И. М., Мелешко В. П., Павлова Т. В. // Труды ГГО. –2005.– №1. с.14-27.

50.                       Муравьев А. В.  Ансамбли прогнозов: методы, проблемы и перспективы / Муравьев А. В., Куликова И. А. // Метеорология и Гидрология. –2005.– №3. с.5-23.

51.                       Кляцкин В. И. Динамика стохастических систем // М. Физматлит. –2002. – 240 с.

52.                       Molteni F.  The ECMWF ensembleprediction system: Methodology and valida­tion  /  Molteni F., Buizza R., Palmer T. N. and Pclroliagis T. // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. –1996.–vol.122. 73-119 pp.

53.                       Tracton M. A.  Operational ensemble prediction at the National Meteorological Center: Practic alaspects  /  Tracton M. A., Kalnay E. // Wea. Forecasting. –1993. – vol. 8. №. 3. 379-398 pp.

54.                       Рюэль Д.  Случайность и хаос. // М. ИЦ "Хаотичность и динамика". – 2001–191 с.

55.                       Brankovic C.  Extended-range predictions with ECMWF models: Time-lagged ensemble forecasting  / Brankovic C., Palmer T. N., Molteni F., at al. // Quart. J. Roy. Mcteorol. Soc. – 1990.– vol. 116. 867-912 pp.

56.                       Hsieh W.  Applying neuralnetwork models to prediction and data analysis inmeteorology and oceanography /  W. Hsieh, B. Tang Bull // Amcr. Meteorol. Soc. –  1998.– vol. 79. № 9. 1855-1870 pp.

57.                       Kumar