Зачем Сириусу собственные технологии климатического моделирования
Сириус находится в уникальном месте Черноморского побережья в низменности, зажатой между двумя реками с востока и запада, прегорьями Кавказского хребта на севере и Чёрным морем на юге. Первая и единственная федеральная территория активно развивается, и чтобы это не нарушило баланс местной экосистемы, необходим грамотный подход к застройке и озеленению. Он должен быть основан на научных данных, и в этом смысле климатические модели — один из важных инструментов городского планирования.
Зачем федеральной территории климатическая модель?
Сейчас на первой федеральной территории строятся сразу несколько крупных объектов: новое здание Президентского лицея «Сириус», кампус Научно-технологического университета «Сириус» и университетский медицинский кластер. Впрочем, развитие территории — это не только урбанизация, но и озеленение. Так, создаётся первый в России водно-климатический национальный парк, у которого будет особый охранный статус. Заранее оценить, как новые кварталы, парки и набережные повлияют на климатические и метеорологические особенности федеральной территории, можно с помощью математических моделей. Благодаря им, в том числе, можно при необходимости скорректировать проект до начала строительства.
По сути технологии коюлиматического моделирования основаны на системах дифференциальных уравнений, описывающих базовые законы физики и химии. В случае с Сириусом речь идёт не об одной модели, а о цепочке из трёх звеньев, которые должны работать вместе.
Глобальная модель
В России есть модель Земной системы INM-CM, над которой работают в Институте вычислительной математики имени Г. И. Марчука РАН. Нынешняя версия отечественной климатической модели (INM-CM6M) точнее всех воспроизводит наблюдаемые изменения приземной температуры на Европейской территории РФ. Она участвует в международных экспериментах и развивается в рамках консорциума крупных научных организаций. INM-CM6M важна для ведения независимой климатической политики России с опорой не только на зарубежные данные, но и на собственные данные и прогнозы. Обычно при разработке климатической модели на область моделирования, например континент или океан, накладывают виртуальную решётку. Для каждой её ячейки рассчитываются параметры атмосферы в следующий момент времени и оценивается влияние на неё соседних «кубиков». Проблема глобальных моделей заключается в слишком крупной сетке: расчёт идёт с шагом порядка 100 км, а это слишком много для точного прогнозирования, которое требуется в градостроительных целях.
Андрей Грицун — профессор Российской академии наук
Фото: © Медиадом «Сириус»
Региональная модель
Для регионального моделирования обычно используется процедура регионализации – модель с более детальной сеткой вкладывается в глобальную. В мире существует несколько технологий регионального моделирования, например версия с разрешением до 3 км, хотя и это слишком грубо для анализа и прогнозирования климата отдельных территорий, в том числе для градостроительных задач. Для детализации климата Кавказа и Юга России применялись подобные модели (RegCM), но они были разработаны за рубежом, а актуальной отечественной региональной модели для Черноморско-Кавказского макрорегиона пока нет.
«Поэтому планируется разработать региональную модель Черноморско-Кавказского макрорегиона: Чёрное море, Каспий, Северный Кавказ. Она будет встроена в систему национального моделирования. В стране есть наработки и по моделированию отдельных морей, и по региональному моделированию, но собрать всё под одной „крышей“ в рамках одной концепции для данной территории ещё предстоит», — говорит главный научный сотрудник климатического центра Научно-технологического университета «Сириус» доктор физико-математических наук Андрей Грицун.
Микромасштабная модель
Третий уровень описывает отдельные кварталы с шагом 100–200 м и мельче. Такие вихреразрешающие модели (LES) работают с ячейками от единиц до сотен метров и позволяют оценивать, как застройка влияет на ветер и температуру воздуха. За рубежом подобные модели существуют, но в России для целей градостроительного планирования они ещё не применялись.
Почему Сириусу не подойдёт готовая климатическая модель?
«Территория уникальна: здесь тёплое Чёрное море, сложная береговая линия и рядом Кавказский хребет высотой 3–4 тысячи метров. Получается очень богатый набор экосистем. Чтобы его описать, нужна совместная модель: море, гидрология, почва, экосистема и атмосфера. Нужна ещё и очень высокая детализация из-за особенностей рельефа. Богатая физика вместе с высоким разрешением — это уникальный набор свойств. Существующие модели не подойдут, их все равно придётся адаптировать: учить, проводить инвентаризацию местных экосистем — что растёт или что не растёт, какие типы почв», — объясняет Андрей Грицун.
