План научно-исследовательской работы

Федерального государственного бюджетного учреждения науки

Института географии Российской академии наук

на 2020 год

 

 

№№

 

Наименование/

научный руководитель/

подразделение

 

Актуальность

0148-2019-0004

АААА-А19-119022190172-5

 

Оледенение и сопутствующие природные процессы при изменениях климата

Кутузов С.С.

отдел гляциологии

Криосфера является важным компонентом климатической системы Земли. Прогнозы будущего окружающей среды и, в частности, климатической системы не могут быть поняты без глубокого анализа процессов, происходящих в криосфере. Ледники и ледниковые покровы как одни из ключевых компонентов криосферы чутко реагируют на изменения климата и служат своеобразным климатическим индикатором. При этом картина изменений отличается существенным разнообразием, отражая региональные особенности рельефа и климата. Объективная картина современного состояния оледенения необходима для корректной параметризации региональных проекций глобальных климатических моделей, для оценок состояния и прогноза изменений природной среды в районах распространения ледников. Применение современных технологий позволяет получить актуальную картину пространственного распределения основных гляциоклиматических параметров и оценить влияние климатических изменений на режим ледниковых систем. Ледники – единственные на сегодняшний день объективные осадкомеры в горах. Анализируя поля аккумуляции, можно выявить распределение твердых осадков и внутри горной страны и их среднее количество для разных горных стран.

Современное потепление к отступанию ледников по всему миру, однако, несмотря на общее потепление на планете, часть ледников временами испытывала замедление отступания и даже наступания, причины которых до конца не выяснены. Поэтому актуальна задача – исследовать реакцию ледников на изменения климата с учетом локальных орографических условий и морфологических особенностей ледников.

Реакция ледников на климатические изменения проявляется в динамике процессов их массообмена – аккумуляции на ледниках атмосферных осадков, преобразовании вещества в толще ледников и его потере в виде стока талых вод. Сокращение размеров современных ледников влечет за собой изменения ландшафтов в гляциальной зоне, изменение гидрологического режима территорий, образование новых озер и активизацию стихийно-разрушительных процессов: катастрофических селей, ледяных обвалов, прорывных паводков. Отсутствие или недостаточность информации об изменениях в ледниковых системах вызывает серьёзные финансовые потери, а иногда приводит к человеческим жертвам. Ответ на эти вызовы требует эффективной организации наблюдений за компонентами криосферы, включая ледники, с оценкой их современного состояния, глобальных и региональных изменений на фоне меняющегося климата, создания глобальных и национальных баз данных, аккумулирующих информацию о ледниках и их изменениях.

Голоцен (последние примерно 11700 лет) это - время развития современной человеческой цивилизации. Знание о том, насколько современные колебания климата и ледников необычны в контексте последних тысячелетий, даёт нам возможность лучше понять причины современных климатических изменений и прогнозировать будущие климатические тенденции, то есть, прежде всего, ответить на вопрос, связаны ли текущие изменения климата с деятельностью человека или являются исключительно природными.

0148-2019-0005

АААА-А19-119021990091-4

Палеогеографические обстановки четвертичного периода и рельефообразующие процессы как основа современных ландшафтов и фактор жизнедеятельности древнего и современного человека

Панин А.В.

лаборатория геоморфологии

лаборатория эволюционной географии

Результаты, полученные в процессе выполнения работ по теме, позволят оценить масштабы пространственно-временной изменчивости и направленность природных процессов, в том числе и катастрофического характера. Они обеспечат основу для долгосрочного прогнозирования климатических изменений на основе палеоаналогов, для оценки реакции ландшафтных компонентов (растительность, почвы, геоморфологические процессы и т.п.) на изменения климата в будущем, а также дадут возможность оценки их чувствительности к экстремальным природным событиям. Полученные данные могут быть также использованы для разработки концепции устойчивого развития территорий на региональном уровне, для решения широкого круга теоретических и прикладных задач в сфере рационального природопользования и ландшафтного планирования и для разработки мер по наиболее эффективному использованию лесных ресурсов и минимизации последствий воздействия климатических аномалий на природные экосистемы. В рамках общей направленности исследований эволюции природы за последние 130 тыс. лет особое место занимают вопросы, связанные с эволюцией системы жизни доисторического человеческого общества в условиях изменяющихся ландшафтно-климатических условий плейстоцена и раннего голоцена. Система его адаптации к ним вырабатывалась именно на этих ранних этапах, так же как система предпочтений человека в различных природных зонах. Выявление основных стратегических приемов человечества по отношению к природным процессам не теряет своей актуальности и в современном обществе.

Полученные данные и разрабатываемые методики по оценке рельефообразующих процессов, их современной динамики, распространения, механизмов, взаимосвязей эндогенной и экзогенной составляющих, природно-антропогенных системных и внесистемных взаимодействий, фоновых и экстремальных характеристик обеспечивают объективные параметры и средства для краткосрочных и долгосрочных пространственных и временных прогнозов, оценки опасности и риска, оценке ресурсов и издержек для рационального природопользования.

0148-2019-0006

АААА-А19-119022190169-5

 

География, генезис, эволюция и углеродный цикл естественных и антропогенно-измененных почв на основе новейших научных концепций и технологий для целей рационального природопользования

Замотаев И.В.

отдел географии и эволюции почв

Проблема эволюции почв - одна из центральных в географо-генетическом почвоведении. Она охватывает все аспекты изменения почв во времени и пространстве. В современных и погребенных почвенных телах, и покровах записан огромный объем сложной и многослойной информации об эволюции и взаимодействии биосферы, геосферы и общества во времени на поверхности суши.  Формирование памяти почв происходит по неодокучаевской формуле-триаде, дополненной еще одним звеном: факторы > процессы функционирования > ЭПП > свойства почв, которые представлены признаками вещественного состава и иерархической структурной организации твердой фазы почв. Носители почвенной памяти (минеральные, биогенные, органоминеральные и др.) очень разнообразны и ещё далеко не полностью исследованы и поняты на разных уровнях организации педосферы Земли. Требует специального анализа огромный блок проблем, связанный с разнообразными антропогенными (агрогенными, селитебными, техногенными) воздействиями на почвы. Особый вариант антропогенной памяти представляют собой урбоседименты (мощные слои городских отложений) и КС древних поселений человека, а также почвоподобные тела техногенных ландшафтов. Расшифровка информации о среде, записанной и накопленной в них, необходима для реконструкции природных обстановок прошлого и для разработки сценариев будущих изменений почв и ландшафтов.

В последнее время коллектив активно работает в Арктике, Антарктиде и в холодных ультраконтинентальных регионах России.  Использование при интерпретации полученных полевых материалов как традиционных почвенно-географических и почвенно-эволюционных подходов, так и современных инструментальных методов, включая дистанционное исследование почвенного покрова при помощи беспилотных летательных аппаратов, измерение потоков парниковых газов с поверхности почвы in situ, определение содержания и запасов углерода и азота, радиоуглеродное датирование образцов с низким содержанием углерода и микрообразцов с использованием ускорительной масс-спектрометрии, геохимию стабильных изотопов углерода и азота, вторичную ионную масс-спектрометрию высокого разрешения (NanoSIMS), иерархический морфосубстантивный анализ с применением электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа позволит скорректировать представления о генезисе и эволюции почвенного покрова холодных областей. Изучение органоминеральных взаимодействий в почвах на тонком инструментальном уровне крайне актуально для современного почвоведения, в котором такие взаимодействия рассматриваются в качестве основного механизма стабилизации органического углерода. Этот механизм играет важную роль в удержании органического углерода в почвах и препятствует его переходу из связанного состояния в диоксид углерода атмосферы, что сказывается на климате в холодных областях. Полученные в ходе выполнения темы материалы и разработанные концепции могут стать важным звеном в изменении представлений о почвенных ресурсах холодных областей и их роли в биосфере.

0148-2019-0007

АААА-А19-119021990093-8

Оценка физико-географических, гидрологических и биотических изменений окружающей среды и их последствий для создания основ устойчивого природопользования

Тишков А.А.

отдел физической географии и проблем природопользовании

лаборатория биогеографии

лаборатория гидрологии

 

С позиций фундаментальной и прикладной географии исследования по данной теме исключительно актуальны и востребованы. Они формируют новую методологию междисциплинарного эколого-географического анализа и синтеза данных оценки физико-географических, гидрологических и биотических изменений окружающей среды и их последствий в условиях «быстро меняющегося климата и многообразия форм антропогенного воздействия на ландшафты и их компоненты».

Выявление биотических изменений и оценка их последствий актуальны с тех позиций, что биота – наиболее чувствительный и информативный индикатор изменений ландшафтов. Наличие современных полевых и дистанционных методов позволяет более тонко и эффективно оценивать текущие и прогнозировать будущие изменения, а на этой основе строить устойчивое природопользование. Актуальны практически любые современные оценки изменчивости биоты как отдельных регионов и страны в целом. Особая актуальность отмечается для исследований биотических инвазий, которые стали важной угрозой трансформации природной среды, экономических потерь и медико-биологических проблем населения. Существенные дополнения для понимания современных изменений биоты дают палеобиогеографические исследования и реконструкции, позволяющие уточнить тренды изменчивости фауны в разных климатических условиях.

Актуальность развития географо-гидрологических исследований в рамках создания основ устойчивого водопользования обусловлена чрезвычайной важностью водных ресурсов в обеспечении развития экономики в России и в мире, что предполагает возрастающую со временем роль России в мировом водном хозяйстве. Поэтому очень важно знать как современный вклад России в мировой водный баланс, в формирование качества вод, так и тот, который ожидается в будущем. Этот вклад будет во многом зависеть от того, насколько успешно будут решаться мировые и российские водные проблемы, особенно связанные с загрязнением природных вод, насколько напряженным будет водохозяйственный баланс.

За последние десятилетия в мировой практике получили широкое использование ряд новых концепций, используемых в официальных документах ООН (природного капитала, нейтрального баланса деградации земель (LDN), DPSheIR, RAPTA и др), расматривающих систему взаимодействия между обществом и окружающей средой в условиях глобальных вызовов современности. Таким образом, комплексная задача адаптации ведущих мировых концепций для внедрения их в российскую практику в области оценки изменчивости ландшафтов и систем природопользования становиться крайне актуальной и неотложной задачей.

Актуальность фундаментального научного поиска и разработки практических действий по проблеме опустынивания, деградации земель и засух (ОДЗЗ) определяется необходимостью научной поддержки на национальном уровне мероприятий по борьбе с опустыниванием и деградацией земель, закрепленных в Конвенции ООН по борьбе с опустыниванием. Важнейшей составляющей базовой научно-методической платформы для описания и мониторинга ОДЗЗ является обновление информации о причинах, направлениях и скоростях процессов опустынивания.

Исключительно востребована и актуальна сама идея устойчивого (неистощительного) природопользования, которые требуют создания научных основ, в т.ч. для отдельных составляющих, например, территориальной охраны природы, водного и лесного хозяйств, использования биоресурсов, борьбы с опустыниванием и деградацией земель.

0148-2019-0008

АААА-А19-119022190170-1

Проблемы и перспективы территориального развития России в условиях его неравномерности и глобальной нестабильности

Трейвиш А.И.

отдел социально-экономической географии

лаборатория географии мирового развития

лаборатория геополитических исследований

Россию отличают колоссальные территориальные различия в ресурсах, заселенности, трендах социально-экономического, демографического, социо- и этнокультурного развития, резкая дифференциация пространства. Исследование направлено на решение фундаментальной научной проблемы: разрешение противоречия между необходимостью устойчивого развития российских регионов, их вовлечением в международные связи, участием в интеграционных процессах, с одной стороны, и зависимостью от мировой конъюнктуры и неравномерностью территориального развития, с другой.

Проблемы территориального развития России имеют «внутреннее» и «внешнее» измерения. С одной стороны, в начале XXI в. многое определяется процессами модернизации и постиндустриальной трансформации самого российского общества. Они неизбежно находят отражение в характере пространственной самоорганизации социума. В каждой сфере жизни общества и в каждой из его территориально выраженных частей эти сдвиги имеют свои последствия, нередко разнонаправленные. Характер адаптации хозяйства и населения к изучаемым сдвигам также территориально дифференцирован и может выражаться в перестройке их территориальных структур, усилении либо ослаблении пространственной мобильности их элементов. С другой стороны, процессы интеграции в мире сочетаются с растущей турбулентностью, меняющей отношения между странами и ведущей к фрагментации политического пространства.

Геополитическое положение России меняется под влиянием процессов государственного строительства в новых независимых государствах, образования ЕврАзЭС, введения Западом санкций против нашей страны и ее политического «разворота» на Восток, освоения ресурсов Арктики. Значительная часть южных границ России проходит по зонам контакта религий, этно- и социокультурных миров. Предлагаемое исследование позволит ответить на вопрос о том, как отражаются сдвиги в геополитическом положении России в структуре внешнеэкономических связей, транспортных и иных потоков, состоянии территориально-политических конфликтов на постсоветском пространстве, в политическом дискурсе и его влиянии на общественное мнение по важнейшим внутри- и внешнеполитическим проблемам.

Новизна предлагаемого подхода состоит в обобщении данных из разных источников (международной, национальной и региональной статистики, ведомственных изданий, СМИ, интервью с экспертами, социологических опросов) и применении широкого набора методов – картографического и статистического моделирования, социологического, дискурсивного и других видов анализа. Результаты работы будут способствовать созданию научного фундамента для практических решений – выработки региональной политики, оптимизации трансграничного и межрегионального сотрудничества. Весомая  часть  проблем, на решение которых нацелен проект, обозначена в утверждённой Президентом РФ (1 декабря 2016 г., № 642) «Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации» и учитывается в разработке приоритетных направлений научно-технологического развития страны (п. 20, с 9-10).

0148-2019-0009

АААА-А19-119022190173-2

 

Изменения климата и их последствия для окружающей среды и жизнедеятельности населения на территории России

Семёнов В.А.

лаборатория климатологии

лаборатория антропогенных изменений климатической системы (ЛАИКС)

Актуальность проблемы связана с растущими воздействием изменений климата и их возможными негативными последствиями  для природно-хозяйственных  систем и человека,  высоким общественным интересом к происходящим  климатическим  изменениям и остающейся большой неопределенностью в понимании механизмов формирования климатических аномалий, в том числе экстремальным погодно-климатическим явлениям,  их связи с глобальным потеплением.

Наблюдаемые изменения климата (повышение приземной температуры воздуха и увеличение количества экстремальных погодно-климатических явлений) приводят к существенным изменениям в природных и антропогенных экосистемах, несущим в том числе значительные негативные последствия и угрозы для жизнедеятельности населения, хозяйственной деятельности и природных ресурсов РФ. Выявление тенденций этих изменений, связанных с ними рисков, понимание механизмов формирования опасных погодно-климатических явлений, а также разработка методов адаптаций и снижения негативных последствий этих проявлений являются наиболее актуальной проблемой современного природопользования, развития сельского хозяйства и охраны здоровья населения РФ.

Сравнительно небольшие изменения климатических средних температур при глобальном потеплении сопровождаются очень существенными изменениями повторяемости опасных гидрометеорологических явлений (более чем двукратным ростом по данным Росгидромета), в том числе, волн жары и холода, засух и т.п. Результатом таких явлений являются человеческие жертвы и негативные последствия для экономики региона. Примерами могут служить продолжительная волна тепла над Европейской частью России летом 2010 г.; аномальные морозы в январе 2012, в результате которых замерзли Азовское море и Северный Каспий; экстремальное количество осадков в Крымске летом 2012 г., приведшее к сильному наводнению и др. события. Многие из таких явлений связаны с изменением крупномасштабной циркуляции атмосферы, характеристик циклонической и антициклонической активности, в том числе с долгоживущими стационарными антициклонами – атмосферными блокированиями. Анализ географии и изменения статистики блокирований является важным для исследования и оценки изменений климатических экстремумов.

В связи с необходимостью разработки стратегии снижения эмиссии СО2 вследствие сельскохозяйственного землепользования возникает потребность в создании единого подхода, позволяющего учитывать эмиссию СО2 от комплекса природных и антропогенных факторов на региональном уровне.

Бюджет углерода в атмосфере, относящийся к определенному ограничению роста средней глобальной температуры атмосферы, соответствует суммарной нетто-эмиссии углерода, при которой не будет превышен установленный предел роста температуры. Большинство cценариев глобального экономического развития, которые необходимо реализовать для достижения цели стабилизации потепления к концу XXI века на уровне, не превышающем 2 и 1.50 С относительно доиндустриального периода, предполагают необходимость использования технологий негативной эмиссии во второй половине столетия. Существенное и постоянное удаление диоксида углерода из атмосферы может быть достигнуто, например, в результате устойчивого лесовосстановления, увеличения поглощения углерода почвами, использования древесного угля, комбинации использования биотоплива, технологий улавливания и захоронения углерода и другими методами.

0148-2019-0010

АААА-А19-119022190168-8

 

 

Геоинформационно-картографический анализ и дистанционный мониторинг взаимодействия природы и общества

Медведев А.А.

лаборатория картографии

лаборатория геоинформационных исследований

Одно из необходимых условий успешного географического исследования – наличие информационных ресурсов (карт, картосхем, баз данных, геоинформационных систем), космических снимков, данных спутникового позиционирования и телеметрии) и развитых средств доступа к ним потребителей информации (геопорталы, программные приложения, сервисы). В этих условиях система геоинформационно-картографического анализа и дистанционного мониторинга становится все более востребованной в интересах отражения взаимодействия природы и общества, структурных изменений, прогноза и вариантов принятия решений. Требуются большие объемы информации, сформированной и структурированной и представленной в форме баз геоданных, автономных программных приложений, ГИС с открытым программным кодом (Opensource), геопорталов в составе инфраструктур пространственных данных (ИПД).

При отсутствии интеграционных систем упускаются многие возможности эффективного использования географической информации для решения исследовательских задач. Недостаточная координация действий, их дублирование, низкий уровень информационных обменов, управления информационными ресурсами – вот только некоторые из наиболее серьезных проблем. Вторая сторона вопроса – геоинформационное и картографическое обеспечение как одна из проблем управления территориями.

Низкий уровень современного развития инфокоммуникационных технологий и, главным образом, неразработанность фундаментальных вопросов экспертизы и оценки природных и природно-антропогенных объектов, требует применения новых научно-методических подходов. Поэтому среди первоочередных задач следует назвать инвентаризацию и обобщение ресурсно-экологической, экономической и технической информации, оценку и прогнозирование состояния объектов.

Один из основных трендов последних лет – лавинообразный рост объемов и разнообразия пространственных данных в цифровой форме, производимых различными организациями, научными группами и отдельными исследователями. Ретроспективный анализ процессов за двадцатилетний период обнаруживает значительный рост масштабов и разнообразия несоответствий пространственных данных при их интеграции, которые рассматриваются обществом как барьеры соответствующих видов деятельности, сдерживающих результативность и эффективность их развития, что требует разработки концептуальной основы, решений и, что наиболее важно, изменения культуры работы с пространственными данными, которая является сейчас наиболее отстающим звеном, тормозящим развитие спроса на все виды деятельности, основанные на знаниях о территории.

Анализ роли геоинформационных и картографических произведений, данных дистанционного зондирования и спутникового позиционирования в различных предметных областях географической науки говорит о несоответствии их состояния требованиям современного уровня развития науки и технологий. В условиях ускоренного развития программного обеспечения, геоинформационных технологий, средств коммуникации, требуется их внедрение и разработка новых методов научных исследований.

0127-2019-0008

АААА-А19-119021990092-1

 

Маркеры природных событий в высокоразрешающих седиментационных палеоархивах

Панин А.В.

лаборатория палеоархивов природной среды

Подробный прогноз изменений природной среды, оценка рисков проявления экстремальных и катастрофических процессов требует детального знания тенденций, ритмичности и вариабельности природных параметров, магнитуды и реккурентных интервалов природных экстремалий в прошлом. Для получения такой информации недостаточно классических методов палеогеографического анализа. В последние два десятилетия трендом современных исследований в области палеогеографии является высокое временное разрешение (годичное и выше) и переход от качественных реконструкций к количественным оценкам параметров природной среды. Детальные реконструкции и выявление отдельных экстремальных событий возможны лишь при изучении палеоархивов высокой информативности - отложений, накапливавшихся длительное время и с высокой степенью регулярности (болотные торфяники, озерные осадки, спелеотемы, в отдельных случаях - отложения речных пойм). Наблюдается тенденция к детализации исследования палеоархивов, переходе от дискретного к квазинепрерывному (сканирующему) анализу, разработке и применению новых количественных методов вещественного анализа, основанных на различных физических эффектах (дифракции света, рентгеновской дифракции, рентгеновской флуоресценции, рентгеновской спектроскопии, спектрального анализа отраженного света). Растет роль микроскопических исследований осадочного вещества - анализа микротекстур, структуры поверхности минеральных частиц, в том числе с использованием сканирующего электронного микроскопа. В последние годы бурное развитие получил новый метод стратиграфии и геохронологии – криптотефрохронология, заключающийся в поиске и геохимической атрибуции микрочастиц вулканического стекла, распространявшихся на большие дистанции от вулканов-источников (иногда глобально). Метод дает возможность высокоточного определения возраста отложений, надежных региональных стратиграфических корреляций, а также выявления ранее не известных вулканических извержений и путей атмосферной циркуляции в прошлом. Этот новейший метод пока не развит в России, и в данной программе впервые планируется его систематическое применение.

0127-2019-0009

АААА-А18-118112690112-5

 

Исследование изменчивости природных и антропогенных ландшафтов архипелага Шпицберген в условиях современного климата

Осокин Н.И.

отдел гляциологии

Архипелаг Шпицберген – уникальный полигон, где на относительно ограниченной площади имеется большое разнообразие ландшафтных, климатических и мерзлотных условий. Исследование ледников, снежного покрова и мерзлых грунтов на архипелаге дают ценную информацию о механизмах развития высокоширотной природной системы, и дает возможность оценить современное и будущее состояние оледенения, многолетней мерзлоты и динамику геосистем в Арктике в условиях современного изменения климата.

Важным направлением исследований является изучение почв архипелага, которые формируются при последствиях быстрых климатических изменений, таких как таяние ледников и связанных с ними геоморфологических процессах. Исследования динамики углерода в системе почва-атмосфера как с применением набора современных инструментальных методов, так и глубокого изучения органического вещества почв, необходимо для понимания вклада арктических экосистем в глобальный пул углерода и понимания механизмов его формирования.

Исследование ледников, снежного покрова, мерзлых грунтов и почв на архипелаге дают ценную информацию о механизмах развития высокоширотной природной системы, и позволяют оценить современное и будущее состояние оледенения, многолетней мерзлоты и динамику геосистем в Арктике в условиях современного изменения климата и их влияние на хозяйственную деятельность в высоких широтах.

0127-2019-0010

AAAA-A19-119102890091-1

Разработка научных основ устойчивого управления природно-антропогенными системами на основе моделей сбалансированного землепользования

Куст Г.С.

отдел физической географии и проблем природопользования

В мировой науке и практике проблема сбалансированного устойчивого землепользования в течение последних 20-25 лет рассматривается как интегральное единство природных и антропогенных процессов деградации земель, опустынивания и засухи, тесно связанных с социально-экономическим развитием и поддержанием целостности наземных экосистем и природных ресурсов.

Актуальность данной проблемы для современной России вызвана несколькими обстоятельствами последних десятилетий: а) забрасывание сельскохозяйственных земель после распада СССР, особенно деградированных в результате неправильной эксплуатации и опустынивания, б) переход земель в частную собственность и передача их в использование лицам, имеющим недостаточные знания и навыки, в) традиционное экстенсивное использование почвенного и биологического потенциала земель. Все в совокупности приводит к недостаточному использованию экосистемных услуг и потенциала земельных ресурсов (по экспертным оценкам – не более чем на 50%), продолжающейся деградации земель, а в целом – к потере продуктивных ресурсов, особенно в лесных регионах и на Юге России, где производится более 80% первичной сельскохозяйственной продукции страны.

Важнейшей составляющей базовой научно-методической платформы будет получение информации (в том числе в картографическом виде) о природных и социально-экономических предпосылках, рисках, направлениях и скоростях процессов изменения земель, и системах управления землепользованием. В стране отсутствует такая информация, полученная на единой научно-методической основе, а используемые индикаторы разнородны и не позволяют планировать эффективные меры по борьбе с деградацией земель.