ИСТИНА

Цель проекта – откалибровав энергобалансовый блок, внедренный в региональную модель оледеления GloGEMflow под условия Кавказа, оценить чувствительность модели к различным климатическим факторам, оценить степень дисбаланса ледников с климатом и определить, какие факторы отвечают за вариации времени реакции ледников на изменения климата. В ходе проекта будут последовательно выполнены следующие задачи: 1) выбор оптимальной климатической модели или ансамбля моделей для Кавказа; 2) компиляция базы метеоданных и данных баланса массы для калибровки энергобалансового блока; 3) калибровка энергобалансового блока, внедренного в GloGEMflow, во-первых, по имеющимся данным балансов массы, и во-вторых, по данным длины ледника на дату инвентаризации; 4) калибровка динамического блока (реологии) по объему каждого из ледников на дату инвентаризации; 5) исследование чувствительности к отдельным факторам: - температура, - осадки, - радиация, - форма ложа, - реология; 6) оценка времени реакции объема и длины всех ледников в отдельности и оледенения в целом на изменение климата; 7) регрессионный анализ времени отклика ледника в зависимости от разных геометрических характеристик ледника; 8) оценка климатического форсинга, который потребовался бы для сохранения оледенения в нынешнем виде; 9) оценка эволюции дисбаланса ледников Кавказа за прошедшие 30-40 лет.

The Caucasus Mountains are a major center of modern glaciation in Russia. The ice sheet area decreased by 30% between the 1960s and 2014, and, judging by intermediate estimates, the degradation process is accelerating (Tielidze, Wheate, 2018). The melting glaciers of the Caucasus contribute to global sea level change, provide water to the world's largest grain-producing regions, and contribute to the formation of glacial lakes, potential breakthroughs of which threaten people's lives and infrastructure (Petrakov et al., 2018). In order to ensure sustainable development of the foothills of the Caucasus, it is important to understand how the glaciation of the Caucasus will evolve and, accordingly, how the flow regime from glaciers will change. These goals can be achieved using numerical simulation. There are currently no reliable forecasts of future changes in the area and volume of the Caucasus glaciers. Ensuring the reliability of the glaciological model of glaciation of the Caucasus is one of the objectives of this project, which will calibrate the energy balance model (EBM) of the Central Caucasus glaciers, test the sensitivity of the model to various factors, as well as numerical experiments to estimate the response time of the Caucasus glaciers to climate change and to identify the main factors that affect it. This project will use the global model of mountain glaciation GloGEMflow (Zekollari et al., 2019). This is one of the two main (except for OGGM (Maussion et al., 2019)) global models of glaciation that currently exist, which calculate changes in the geometry of the glacier using flowline models of ice dynamics (Marzeion et al., 2020). It has been successfully used for prognostic modeling of Alpine glaciers. GloGEMflow will include a modernized version of the surface mass balance EBM (Rybak et al., 2019), which will be calibrated so that the GloGEMflow model works well for glaciation conditions in the Central Caucasus and could be used for prognostic studies of glaciation and glacial runoff. Next, tests will be conducted on the sensitivity of the calibrated model to individual factors, such as temperature, precipitation, radiation, bed transect shape, ice rheology. With the help of GloGEMflow, the first inventory of the response time of glaciers of a regional scale for the Caucasus will be created, and the main factors that control the response time of individual glaciers will be found. The recent evolution of the imbalance between glacier geometry and climate is investigated using numerical experiments that analyze the loss of ice that could occur if the modern climate remained constant. To do this, a calibrated model will be launched with climatic forcing averaged over the past 30 years, until each of the glaciers reaches steady-state. This study will be supplemented by experiments to assess the temporal evolution of climatic forcing necessary to maintain the volume and length of the Caucasus glaciers at a given time. It is expected that the implementation of the project will be useful for practical applications, in particular, for strategic planning of water resources use in the North Caucasus under the conditions of expected changes in the environment and climate, and will also contribute to the development of a methodology for the application of mathematical modeling of multi-scale processes in the environment.

Первый этап. 1. Выбор оптимальной климатической модели или ансамбля моделей для Кавказа. 2. Калибровка энергобалансового блока по данным балансов массы ледников Кавказа. 3. Калибровка энергобалансового блока по данным длины ледников согласно инвентаризации. 4. Калибровка динамического блока модели по данным объема ледников согласно инвентаризации. 5. Эксперименты на чувствительность модели к метеорологическим переменным, форме ложа, реологии ледника. 6. Анализ и обобщение результатов. По результатам работы - Будет подготовлена и сдана в печать статья в рецензируемом издании по материалам исследований первого этапа (ориентировочно, в журнал «Лёд и Снег» - Web of Science Core Collection -ESCI) - Будет подготовлен доклад на XVIII Гляциологический симпозиум «Роль криосферы в прошлом, настоящем и будущем Земли», СпБ, Россия, май 2021; - Будет подготовлен доклад для The Cryosphere symposium, 27 сентября – 1 октября, 2021, Рейкъявик, Исландия; - Будет подготовлен промежуточный отчет в РФФИ. Второй этап 1. Симуляция эволюции оледенения Кавказа в условиях постоянного современного климата. 2. Оценка времени реакции ледников на изменение климата. 3. Выявление доминирующих факторов, от которых в наибольшей степени зависит скорость реакции ледников на изменение климата, с помощью регрессионного анализа. 4. Оценка временной эволюции климатического форсинга, необходимого для сохранения объема и длины ледников Кавказа в данный момент времени. 5. Анализ и обобщение результатов. 6. Публикация статьи в журнале Journal of Glaciology. По результатам работы - Будет подготовлен доклад на конференцию AGU Fall Meeting, 13-17 декабря 2021 г., Новый Орлеан; - На четвертом этапе будет подготовлена и сдана в печать статья в рецензируемом издании по материалам исследований второго и третьего этапов (ориентировочно, в журнал «Journal of Glaciology», Cambridge Collection) - Будет подготовлен финальный отчет в РФФИ.

Т. Н. Дымова посвятила первый год обучения в аспирантуре изучению и тестированию разных глобальных гляциологических моделей, и во всех подробностях изучила код модели GloGEMflow. Аспирантка хорошо разбирается в принципах работы моделей глобального горного оледенения, и в данный момент пишет обзорную статью на эту тему. Была проведена консультация с создателем динамического блока GloGEMflow Dr. H. Zekollari. Также были получены файлы с геометрическими данными, необходимыми на вход в модель GloGEMflow. Таким образом, после добавления масс-балансового блока модель будет готова к запуску для оледенения Кавказа. Аспирантка собрала метеоданные из разных источников и провела анализ данных в среде Python. Т. Н. Дымова (Постникова) имеет опыт написания научных статей как в российских, так и в зарубежных журналах/сборниках. Поповнин В.В. имеет огромный опыт гляциологических исследований, в том числе связанных с моделированием ледников. Поповниным В.В. глубоко проработаны вопросы, связанные с аккумуляцией и абляцией ледников, в частности им проведены исследования разных аспектов баланса массы, таких как влияние моренного покрытия ледника на баланс массы (Резепкин & Поповнин, 2018; Рыбак и др., 2018а), лавинное питание (Поповнин & Сергиевская, 2018). С участием В.В. Поповнина были проведены модельные исследования ледников Джанкуат (Рыбак и др., 2018), Сары-Тор (Рыбак и др., 2019).