ИСТИНА

Цель проекта – исследование пространственно-временной изменчивости углеродного баланса наземных экосистем ЕТР по данным измерений и математического моделирования.

The aim of this project is to investigate the spatial and temporal variability of the carbon balance of terrestrial ecosystems of the ETR based on measurements and mathematical modeling. Achievement of the goal implies solving the following tasks: - Creation of a universal constructor of carbon cycle (CC) models in soil and vegetation (NIVC) within the framework of the numerical model of the land active layer (LAL) of the IWM RAS-MSU. - Verification and calibration of the DSS model on the data of point measurements of CO2 fluxes and carbon (C) pools in soil and vegetation, including data from carbon polygons in the ETR ("Chashnikovo"), as well as on digital maps of CO2 fluxes and C pools in soil and vegetation in the ETR (NIVC, Department of Soil Science, Faculty of Geography). - Development of a reliable and robust measurement, reporting and verification (MRV) platform in the assessment of CO2 emissions and changes in soil C pools based on the RothC carbon model, using experimental data on CO2 fluxes of carbonaceous polygons in the ETR ("Chashnikovo", etc.) (NIVC, Department of Soil Science, Faculty of Geography). - Development of a conceptual model of a new generation of soil CA with different pools in terms of turnover rates and stabilization mechanisms, its numerical implementation and verification using experimental data from carbon polygons (Faculty of Soil Science).- Implementation of the RothC carbon model and conceptual model of a new generation of soil CA together with parameterizations of key physical processes responsible for the conditions of CA formation in the DSS within the framework of the CA Designer of the DSS model (SIVC, Faculty of Soil Science).- Creation of updated coordinated digital maps of the stockpile. Taking into account the adopted strategy of decarbonization of the Russian economy and the key role of natural ecosystems of Russia in achieving carbon neutrality, the developed model and experimental data will make a significant contribution to obtaining representative estimates of carbon balance and greenhouse gas fluxes in terrestrial ecosystems of the Russian Federation. Also, the results obtained can make a significant contribution to solving the tasks of the Federal Scientific and Technical Program of the Government of the Russian Federation in the field of environmental development of the Russian Federation and climate change for 2021 - 2030. The project corresponds to the fulfillment of task 6.5 of the "Strategy of long-term development of the Russian Federation with low greenhouse gas emissions until 2050" - "modeling of processes occurring in the climate system, including modeling of consequences of various forms of active impact on these processes on global, regional and local scales".

• Создание в рамках численной модели деятельного слоя суши (ДСС) ИВМ РАН-МГУ универсального конструктора моделей углеродного цикла (УЦ) в почве и растительности для возможности реализации широкого спектра существующих и перспективных моделей УЦ для задач климатологии, экологии и рационального природопользования.• Реализация в модели ДСС передовых параметризаций биохимических и физических процессов, ответственных за формирование пулов углерода и потоков CO2 в ДСС; потоки СО2 будут увязаны с процессами фотосинтеза растений и потерями СО2 за счет автотрофного дыхания растениями и гетеротрофного дыхания почвенных организмов. Потоки будут учитывать изменение температуры, баланса питательных веществ и воды. Получаемые измерения динамики СО2 с помощью непрерывных пульсационных и камерных измерений потоков СО2 будут впоследствии использованы для оценки способности модели ДСС воспроизводить сезонную и межгодичную динамику СО2.• Верификация и калибровка модели ДСС на данных точечных измерений потоков CO2 и пулов углерода в почве и растительности, включая данные карбоновых полигонов на ЕТР («Чашниково»); после калибровки модель ДСС позволит более качественно моделировать отдельные составляющие нетто экосистемного обмена, которые не могут быть измерены непосредственно с помощью непрерывных пульсационных измерений и экстраполировать данные о потоках CO2 и пулах С в почве и растительности во времени (ежедневная, сезонная и межгодичная динамика) и пространстве.• Верификация и калибровка модели ДСС по доступным региональным цифровым картам потоков CO2 и пулов углерода в почве и растительности на ЕТР; для калибровки по пулам С в почве планируется использование «Информационной системы “Почвенно-географическая база данных России”», включая цифровую карту запасов органического углерода в 30-см слое почв России с пространственным разрешением сетки ½ угловой минуты, цифровой карты «Продукционные характеристики естественных экосистем» и карты современной распаханности территории ЕТР»; будет отработана методика экстраполяции точечных данных моделирования.• Создание уточнённых согласованных цифровых карт запасов и составляющих баланса углерода экосистем ЕТР для условий современного климата на основе усовершенствованной и калиброванной модели ДСС; для создания карт будет проведено пространственно-временное моделирование с учётом классов растительности, типов землепользования, почвенных разностей в условиях современного климата.• Разработка достоверной и надёжной платформы измерений, отчётности и верификации (MRV) в оценке эмиссии СО2 и количественного описания изменения пулов почвенного углерода на основе классической динамической углеродной модели RothC, с использованием экспериментальных данных по потокам CO2 и её интеграция с моделью ДСС по данным карбонового полигона УОПЭЦ МГУ Чашниково и карбоновых полигонов на ЕТР; платформа MRV будет использована для исследования, насколько прямые регулярные измерения с помощью непрерывных пульсационных и камерных измерений потоков СО2 и мониторинг изменений запасов органического углерода в почве за короткие промежутки времени адекватно отражают длительные тенденции в возможностях управления пулами и потоками С.• Разработка концептуальной модели почвенной составляющей углеродного цикла нового поколения с различными по скоростям оборота пулами, отражающей современные концепции о механизмах стабилизации органического вещества в почве, ее численная компьютерная реализация и верификация с использованием экспериментальных данных по почвам карбоновых полигонов МГУ, оценка возможности использования её в качестве модуля усовершенствованной модели ДСС; будет проведена оценка возможности модели экстраполировать результаты на различные типы землепользования и условия окружающей среды.Результаты экспериментальных исследований на карбоновых полигонах ограничены локальным участком и складывающимися погодными условиями. Моделирование свободно от подобных ограничений, его результаты могут быть экстраполированы на бόльшую территорию, а влияние различных возможностей управления запасами и потоками С может быть оценено комплексно. Для достижения данной задачи предусмотрено два последовательных этапа развития модели ДСС за счёт универсального конструктора моделей углеродного цикла. Первый состоит в реализации в рамках конструктора УЦ модели ДСС углеродной модели RothC с параметризацией процессов формирования пулов углерода и потоков CO2. Второй состоит в использовании концептуальной модели почвенного углеродного цикла нового поколения с различными по скоростям оборота пулами в рамках конструктора УЦ ДСС. Таким образом, снижаются риски отрицательного результата в использовании мониторинговых данных пульсационных и камерных измерений потоков СО2 для параметризации сложной биосферной модели. Модель ДСС после усовершенствования может быть использована для оценки, какие факторы регулируют наблюдаемые изменения пулов углерода и потоков CO2, как можно ими управлять, а также будут ли проводимые меры экономически эффективными.

Компетенция и задел руководителей и основных исполнителей: 1) Степаненко В.М., д.ф.-м.н., число цитирований Scopus 949, H-index=16, известный специалист в области численного моделирования термогидродинамики и биогеохимии водных объектов и деятельного слоя суши, лидер группы разработчиков модели ДСС ИВМ РАН-МГУ;2) Романенков В.А., д.б.н., число цитирований Scopus 2677, H-index=15, признанный специалист по балансу углерода и биогенных элементов в естественных и возделываемых почвах;3) Рыжова И.М., д.б.н., число цитирований Scopus 343, H-index=9, авторитетный специалист в области математического моделирования процессов почвенного углеродного цикла; 4) Ольчев А.В., д.б.н., число цитирований Scopus 1733, H-index=17, один из ведущих в России специалистов по измерениям и моделированию потоков CO2 между системой «почва-растительность» и атмосферой.