Российский научный фонд
одобрил четыре заявки от Югорского государственного университета. Одним из проектов, который выиграл региональный конкурсный отбор на финансирование фундаментальных и поисковых научных исследований, стал проект «Разработка системы комплексной оценки состояния природных сред с учетом целей низкоуглеродного развития Югры: БПЛА, ГИС, нейронные сети и наземная верификация». Отметим, что объём финансирования проекта в этом году составит 3,5 млн рублей. Полный объем финансового обеспечения проекта (за счет средств РНФ и региона) – 7 млн руб. Добавим, что разработка полностью соответствует приоритетным направлениям социально-экономического развития Югры.
Реализация задач проекта позволит впервые для территории Югры произвести оценку запасов углерода в фитомассе лесных и болотных экосистем с учётом их мелкомасштабной изменчивости, локальных градиентов экологических факторов и свойств растительного покрова в типичных естественных и антропогенно-измененных экосистемах, получить результаты измерений потоков диоксида углерода и метана при помощи градиентного метода с использованием БПЛА над удаленными и труднодоступными территориями естественных и антропогенно-измененных экосистем, которые ранее не были исследованы в силу логистических сложностей, либо отсутствия необходимой инфраструктуры. А также на основе сформированных баз данных обучить нейронную сеть и/или идентифицировать параметры математической модели для формирования прогнозных сценариев изменения компонентов углеродного баланса экосистем при оказываемой на них антропогенной (в том числе в рамках климатических изменений) нагрузке и специфики природно-климатических условий региона.
«Югра является одним из ведущих нефтегазодобывающих регионов России, и развитие данного сектора экономики планируется продолжать в долгосрочной перспективе. Вместе с тем округ поставил амбициозные цели по достижению климатической нейтральности, что требует внедрения новых подходов к мониторингу и оценке состояния окружающей среды с учетом углеродного баланса экосистем. Особую значимость предлагаемый проект приобретает в контексте Концепции развития беспилотных транспортных систем в Югре, где одним из ключевых направлений применения БПЛА указано создание новых методов мониторинга экосистем. При этом важно отметить, что регион обладает накопленным опытом в области наземной верификации запасов и потоков углерода, представленным на карбоновом полигоне «Мухрино», что позволит комплексно подойти к решению задач экологического мониторинга», - отметил руководитель проекта, заведующий
лабораторией геоинформатики экосистем ЮГУ Данил Ильясов.
Таким образом, реализация проекта «Разработка системы комплексной оценки состояния природных сред с учетом целей низкоуглеродного развития Югры: БПЛА, ГИС, нейронные сети и наземная верификация» внесет значимый вклад в решение приоритетных задач социально-экономического развития региона, связанных с обеспечением «здоровой» экологии, перехода к «зеленым» технологиям и устойчивому развитию нефтегазовой отрасли в контексте достижения климатической нейтральности.
Как отмечают учёные, Западная Сибирь характеризуется одним из крупнейших региональных пулов углерода среди наземных экосистем России, запасенных в виде торфяной залежи болот и фитомассе лесов. Кроме того, болота Западной Сибири являются естественным долговременным поглотителем CO₂, а леса – CH₄. К тому же леса – ещё и регуляторы водного режима ландшафтов и фактор поддержания биоразнообразия, что также оказывает косвенное влияние на углеродный бюджет экосистем региона.
«Болота и леса суммарно занимают около 80–90% площади Югры, и неизбежно подвержены антропогенной нагрузке в связи с недропользованием, что может усугубляться глобальными климатическими изменениями. Рост среднегодовой температуры воздуха, увеличение числа таких неблагоприятных погодных явлений, как волны аномальной жары и засухи, могут способствовать изменению гидрологического и теплового режима болот и лесов, и, как следствие, смещению баланса парниковых газов в сторону роста выбросов CO₂ и CH₄ в атмосферу», - подчеркивает Данил Викторович.
В рамках разработки системы планируются к решению следующие задачи:
• апробация методики и измерение потоков CO₂ и CH₄ при помощи градиентного метода на основе БПЛА-съемки и наземной верификации при помощи камерного метода;
• оценка запасов углерода в растительном покрове лесных и болотных экосистем на основе лидарной и мультиспектральной БПЛА-съемки и их наземная верификация при помощи геоботанических и лесотаксационных
подходов;
• измерение величины и оценка пространственно-временной изменчивости ключевых экологических факторов при помощи БПЛА: температуры воздуха и поверхности почвы, уровня почвенно-грунтовых вод, микрорельефа подстилающей поверхности;
• оценка связи запасов углерода, потоков парниковых газов и экологических факторов при помощи методов машинного обучения и/или параметризации математических моделей;
• формирование единой геоинформационной системы данных, полученных в рамках полевых и дистанционных наблюдений;
• создание методической основы сбора, анализа и интерпретации дистанционного зондирования и полевых наблюдений, необходимых для уточнения регионально-специфичных факторов эмиссии для естественных и антропогенно-измененных экосистем;
• формулировка методических рекомендаций для проведения комплексной оценки состояния природных сред с учетом целей низкоуглеродного развития Югры на основе описанных выше подходов.
Авторы проекта ожидают получить следующие результаты:
1. Величины регионально-специфичных факторов эмиссии парниковых газов, полученные для основных типов естественных и антропогенно-изменённых (в результате строительства дорог, просек сейсморазведки, линий электропередач, временных и постоянных подъездных путей) лесных и болотных экосистем;
2. Методическая основа для сбора, анализа и интерпретации дистанционного зондирования и полевых наблюдений, необходимых для уточнения регионально-специфичных факторов эмиссии для естественных и антропогенно-измененных экосистем, необходимых для достижения целей низкоуглеродного развития Югры, в том числе в контексте осуществления
природных климатических проектов;
3. Нейронная сеть и/или математическая модель, позволяющая обобщать и интерпретировать полученные полевые и дистанционные данные для расчета регионально-специфичных факторов эмиссии для естественных и антропогенно-изменённых экосистем;
4. ГИС-база данных потоков CO₂ и CH₄, полученных при помощи градиентного метода на основе БПЛА-съемки с учетом пространственно-временной изменчивости подстилающей поверхности и наземной верификации (камерным методом) для характерных естественных и антропогенно-измененных экосистем;
5. ГИС-база данных запасов углерода в растительном покрове характерных лесных и болотных экосистем на основе лидарной и мультиспектральной БПЛА-съемки и их наземная верификация при помощи ботанических и лесотаксационных методов;
6. ГИС-база данных экологических факторов, определяющих потоки CO₂ и CH₄, для характерных естественных и антропогенно-измененных экосистем (уровень почвенно-грунтовых вод, температура воздуха и подстилающей поверхности, запасы фитомассы растительного покрова, влажность почвы, микрорельеф местности, направление стока и др.), полученных при прямой и дистанционной оценке.
«В результате будет создана система комплексной оценки состояния природных сред с учетом целей низкоуглеродного развития Югры. Она будет объединять несколько блоков: во-первых, фактические данные о запасах и потоках углерода, полученные прямыми и дистанционными методами для естественных и антропогенно-измененных экосистем в виде ГИС. Во-вторых, регионально-специфичные факторы эмиссии и удельные запасы углерода для
основных естественных и антропогенно-измененных экосистем, полученные при помощи интерпретации фактических данных на основе методов машинного обучения и/или параметризации математических моделей. В-третьих, методически единую основу (включая методические рекомендации) и систему сбора и анализа данных о компонентах углеродного баланса для типичных естественных и антропогенно-измененных экосистем, необходимую для достижения целей низкоуглеродного развития Югры, в том числе в контексте осуществления природных климатических проектов», - отмечает руководитель проекта.
Добавим, что в реализации проекта под руководством Данила Ильясова примет участие коллектив учёных ЮГУ: Илья Филиппов, Михаил Глаголев, Александр Сабреков, Александр Каверин, Анастасия Ниязова, Юлия Куприянова.
Ранее мы писали о проекте ЮГУ о роли грибов в цикле углерода верховых болот, который также был поддержан РНФ.
