Создание методов прогнозирования динамики наземных экосистем на основе интеграции и ассимиляции в модели  данных дистанционного зондирования со спутников

Исследования и разработки в рамках данного раздела темы в 2017 году были направлены на развитие методов прогнозного моделирования динамики растительного покрова России на основе данных спутникового картографирования. Прогнозирование динамики наземных экосистем на больших территориях в течение длительных промежутков времени ставит особые требования к вычислительной эффективности используемых моделей. Для решения подобных задач часто используют так называемые глобальные модели динамики растительного покрова (DGVM – Dynamic Global Vegetation Models). Данная группа моделей упрощенно описывают процессы, происходящие в растениях (например, фотосинтез, транспирация, дыхание, размножение), и процессы их взаимодействия друг с другом и окружающей средой (конкуренция за воду и свет, водный баланс, возмущающие воздействия) с грубым пространственным и временным разрешением. Глобальные модели динамики растительности часто используются в составе моделей геосистемы для прогнозирования изменения климата.

В ИКИ РАН была проведена модификация и региональная адаптация глобальной модели динамики растительности SEVER. Информация, полученная на основе данных спутникового мониторинга, была интегрирована в модель, что позволило увеличить точность воспроизведения пространственного распределения растительности России. Регионально адаптированная модель SEVER была использована для прогнозирования изменений в растительном покрове страны до 2100 года при различных климатических сценариях.

Прогнозирование изменения растительности России на ближайшее столетие осуществлялось для четырех сценариев изменения концентрации парниковых газов в атмосфере, предложенных Межправительственной группой экспертов по изменению климата - RCP 2.6, RCP 4.5, RCP 6.0, RCP 8.5. Каждый из сценариев RCP (Representative Concentration Pathways) соответствует такому изменению концентрации парниковых газов в атмосфере, что в среднем поглощение солнечного излучения увеличится на 2,6 – 8,5 Ватт/кв.м, в зависимости от сценария. Прогноз изменения климата для всех четырех сценариев был получен по данным модели земной системы HadGEM-2-ES. Стоит отметить, что использование заранее подсчитанных климатических данных не позволило учесть обратное влияние изменений в растительном покрове на атмосферу, океан и динамику климата планеты.

Результаты прогнозирования показывают значительное изменение пространственного распределения долей типов растительных покровов в будущем столетии для всех возможных сценариев. В связи с возможным глобальным потеплением климата для всех сценариев характерно существенное уменьшение площади хвойных вечнозеленых бореальных лесов России и менее значимое уменьшение площади бореальных широколиственных и лиственничных лесов (рисунок 4). Эти леса будут преимущественно заменены широколиственными листопадными лесами умеренного пояса, а также, в меньшей степени, травянистыми типами растительности. Стоит также отметить, что во всех сценариях на севере и северо-западе России широколиственные леса заменяют хвойные вечнозеленые в роли доминантного типа растительности.

Стоит выделить прогноз для наиболее пессимистичного сценария изменения климата - RCP 8,5, в соответствии с которым к концу текущего столетия может наблюдаться почти двукратное уменьшение площади лиственничных и листопадных лесов бореального пояса, более чем двукратное уменьшение площади лесов хвойных вечнозеленых пород.