Введение.

При реализации программ промышленного, социально-экономического, инфраструктурного возрождения Арктической зоны Российской Федерации отмечается недостаток информации о ресурсах Арктической зоны в виде геоинформационных систем (ГИС), отсутствие баз и банков данных, атласов и справочников, систем для поддержки принятия управленческих решений. Специальное совещание по вопросу эффективного и безопасного освоения Арктики в июне 2014 года под председательством В.В. Путина [1] было посвящено актуальным вопросам информационного обеспечения Арктики. Академиком Н.С. Касимовым отмечалось отсутствие необходимых атласов, справочников, в то время как за рубежом имеются таковые для ряда стратегически важных районов Российской Арктики [2].

Результаты

ИВПС КарНЦ  РАН проводились многолетние  комплексные  исследования [3-5]. C учетом  современных  задач освоения ресурсов Севера РФ,  в том числе Арктической зоны начаты новые  исслдеования, цель которых получение новых знаний для создания элементов системы поддержки принятия управленческих решений, научного обоснования рационального использования и охраны ресурсов региона [4].

В качестве основных задач  решались следующие:

- обобщение имеющихся комплексных многолетних данных (гидрология, геология, климат, гидрохимия, гидробиология, социо-экономика).

- совершенствование 3-х мерных математических моделей, воспроизводящих более корректно термогидродинамический и ледовый режим моря, а также более высокие трофические уровни экосистемы. В настоящее время  внедряется новая трехмерная модель экосистемы  Белого моря, которая  разрабатывается ИВМ, ИПМИ и ИВПС  КарНЦ РАН (см.в [4]).

- разработка комплексного атласа, предназначенного для решения научных и практических задач региона.

Социально-экономическое состояние регионов на водосборе Белого моря и сценарии антропогенной нагрузки на море.

Водосбор  и само Белое  море -  богаты природными ресурсами, испытывают достаточно большую антропогенную нагрузку в основном от трех субъектов РФ: Мурманской, Архангельской областей и Республики Карелия, в меньшей степени от Вологодской обл. и Республики Коми. Поскольку регионы, находящиеся на водосборе, существенно различаются по структуре экономики, ее особенностям, в качестве интегральной характеристики экономики был выбран валовой региональный продукт (ВРП), а также его структура (промышленность, сельское хозяйство, сфера услуг и др.), основные фонды, инвестиции и их структура и другие. П.В. Дружининым [3] оценивались показатели, характеризующие состояние природной среды: выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников, сбросы сточных вод в поверхностные водоемы, забор воды для промышленного использования, образование токсичных отходов. Для характеристики связи развития экономики с природоохранной деятельностью и состоянием окружающей среды, было предложено использовать простые и комплексные показатели – индексы окружающей среды [3,5]. С их помощью для индикации влияния экономики на окружающую среду определялась динамика загрязнений на единицу ВРП. Для оценок влияния экономической деятельности на водосборе оценивалась биогенная нагрузка (по фосфору и азоту) для оптимистического (экономическое развитие территории) и пессимистического. Эти сценарии закладывались в расчеты на 3-D математической модели экосистемы для оценок изменения экосистем Белого моря при разной антропогенной нагрузке.

Изменения климата и гидрологического режима.

Закономерности изменения климата и гидрологических условий были охарактеризованы по данным длительных наблюдений на метеостанциях и постах, а также береговых и островных станциях Росгидромета [3, 6]. Для оценки возможных изменений климата и его влияния на экосистему Белого моря через изменения температуры воздуха, элементов водного баланса, водного стока рек были использованы данные объединенной численной модели глобального климата ЕСНАМ4 [4] и региональные модели, проведены численные эксперименты для контрольного периода (1950–2000 гг.) и на перспективу до 2050 и 2100 гг. В качестве сценариев использовались оценки IPCС возможного увеличения концентрации парниковых газов в атмосфере. Данные моделирования за контрольный  период достоверно воспроизводят средние месячные и годовые значения температуры воздуха, хуже – также годовые суммы осадков, а вот степень соответствия модельных и фактических месячных сумм осадков для водосбора, как показано в работах [7], нельзя признать удовлетворительной.

Расчеты ИВПС КарНЦ РАН показали, что к 2050 г. норма температуры воздуха при G- и GА-сценариях изменения глобального климата для района Белого моря возрастет на 1–2^оС, годовое количество осадков увеличится на 5–20%. Вследствие более интенсивного роста суммарного испарения (на 14–30%) при потеплении возможно снижение суммарного притока в море с его водосбора на 30–36%. Используя данные моделирования, были оценены возможные изменения климата и основных элементов водного баланса для всего беломорского бассейна к 2050 г., которые затем использовались при изучении изменения экосистем моря. Результаты моделирования [4,7] свидетельствуют о том, что существенное изменение структуры водного баланса моря маловероятно вследствие того, что изменения основных приходных составляющих (осадков на акваторию и речного притока) составят единицы процентов по отношению к нормам за вторую половину ХХ века. В настоящее время можно рассчитать сценарии изменения климата и его влияние на элементы водного баланса исследуемой территории с помощью модели циркуляции океана и атмосферы, разработанной в ИВМ РАН, информация о которой имеется в работе [4].

Моделирование термогидродинамических процессов и изменения экосистем

Для моделирования термогидродинамических характеристик Белого моря первоначально [5] использовалась трехмерная термогидродинамическая модель, разработанная И.А. Нееловым в ААНИИ, которая была сопряжена с экосистемным блоком, разработанным О.П. Савчуком [8].  При моделировании учитывалось, что основу минеральных форм азотсодержащих соединений, потребляемых растениями моря (фитопланктоном и фитобентосом), составляют нитраты. На основе результатов исследований, приведенных в работах ИВПС КарНЦ РАН, были построены соответствующие математические модели экосистем моря [5].

Результаты модельных расчетов, которые  подтверждаются результатами многолетних наблюдений [1], показали, что интегральная соленость моря меняется по сезонам с 27.4‰ летом до 28.4‰ в зимний период, что связано с сезонными изменениями речного стока. Заметная межгодовая изменчивость солености и других интегральных характеристик обусловлена соответствующими крупномасштабными процессами в атмосфере. Подобно изменениям температуры и солёности воды менялся и сезонный ход экосистемных переменных с  определёнными межгодовыми вариациями. Они вызваны как долгопериодными колебаниями атмосферных процессов (цикличности 60, ок. 20 лет), так и, вероятно, взаимодействием с донными отложениями, играющими роль долговременной памяти системы. Вследствие возможного уменьшения поступления биогенных веществ с речным стоком до 20% зимнее накопление неорганического азота снижается на 15% по сравнению с контрольным экспериментом, что приводит к весьма незначительному снижению биомассы зоопланктона. В летний период уменьшение поступления фосфатов с речным стоком компенсируется их недоиспользованием фитопланктоном, потребности которого в фосфоре ограничены нехваткой имеющегося азота.

Многочисленные модельные эксперименты показали, что при возможном продолжающемся потеплении, так и при похолодании климата в регионе (в рамках рассмотренных сценариев) не будет наблюдаться усиления эвтрофирования моря, оно останется в олиготрофном состоянии.

Один из важнейших аспектов работы – совершенствование ранее разработанной ИВПС КарНЦ РАН информационной базы данных для Белого моря и его водосбора  и создание электронного комплексного атласа Беломорья и  выполнение работ по созданию печатной  версии атласа  При создании современного  атласа «Белое море и водосбор» авторы исходили из того, что в нем представлена актуальная, постоянно обновляемая комплексная эколого-социо-экономическая информация о море и его водосборе. Использовался опыт создания атласов для Арктики и России [9,10]. В электронный атлас включены сведения об океанографических характеристиках моря, включая сведения по гидрологии, гидрохимии, гидробиологии, геологии моря, географии водосбора, ландшафтам, лесам, болотам, озерам, рекам, источникам антропогенного воздействия, изменениям климата. Основная цель создания нового электронного атласа – многоцелевое, широкое и разнообразное его использование при принятии управленческих решений, проектировании, разработке научных рекомендаций рационального природопользования, управления и охраны ресурсами моря и его водосбора, часть которого входит непосредственно в Арктическую зону.

Разработанная версия многоцелевого электронного атласа должна найти   применение в задачах рационального использования ресурсов моря и водосбора, прогнозе состояния моря при разнообразных природных климатических и антропогенных сценариях, а также при возможных чрезвычайных ситуациях, когда требуется оперативный прогноз и принятие управленческих решений. Представленные в атласе сведения могут использоваться для создания системы поддержки принятия управленческих решений Арктической зоны, наподобие системы NEST, которая была создана 14 государствами ЕС для поддержки принятия решений по сохранению и рациональному использованию  Балтийского моря [8].

Библиографический список.

Выполнен широкий комплекс исследований по созданию информационного обеспечения Белого моря и водосбора  и разработке  комплексного  электронного атласа.

• Численные эксперименты на  ранее разработанных авторами моделях [1,9]  ]показали, что климатические изменения при рассмотренных в работе сценариях поступлении биогенов не приведут к значительным изменениям основных показателей состояния изученных элементов экосистем Белого моря.
• Совместно ИПМИ и ИВПС КарНЦ РАН внедряется наиболее современная 3-D математическая модель термогидродинамки, первоначально разработанная в ИВМ РАН для Белого моря [см. в 4], которая будет скомпонована с новым экосистемным блоком, разработанным  на основе  европейской модели BFM для  прогноза изменений экосистемы моря при климатических и антропогенных воздействиях.
•  Разрабатываемый  комплексный атлас Белого моря и водосбора, должен найти применение в задачах рационального использования ресурсов моря и водосбора, прогнозе состояния моря при разнообразных природных климатических и антропогенных сценариях, а также при возможных чрезвычайных ситуациях и принятии управленческих решений, что соответствует задачам реализации программ промышленного, социально-экономического, инфраструктурного возрождения Арктической зоны Российской Федерации. Представленные в атласе сведения могут использоваться для создания системы поддержки принятия управленческих решений Арктической зоны и как прототип для других арктических регионов.

Работа выполняется  по теме Госзадания  0223-2014-0006 «Динамика водных экосистем  внутренних морей  С-З».

1. Совещание по вопросу эффективного и безопасного освоения Арктики. http://www.kremlin.ru/news/45856.
2. Матишов Г.Г., С.Л. Дженюк. Арктика: Экология и Экономика, 2014, 1 (13), с. 48–56.
3. Белое море и водосбор под влиянием климатических и антропогенных факторов / Ред. Н. Филатов, А. Тержевик. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2007. 349 с.
4. Филатов, А.В. Толстиков, М.С. Богданова, А.В. Литвиненко, В.В. Меншуткин. Арктика: Экология и экономика, 2014, 3 (15), с.18–29.
5. Filatov N.N., D.V. Pozdnyakov, O.M. Johannessen et al. White Sea. Its Marine Environment and Ecosystem Dynamics Influenced by Global Change. Chichester: Springer-Praxis Publishing, 2005. 472 p.
6. Климат морей России и ключевых районов Мирового океан. Электронный атлас Единой системы информации об обстановке в Мировом океане (ЕСИМО). ВНИИГМИ МЦД. Обнинск. (http://www.esimo.ru/atlas/Beloe/1_1.html).
7. Система Белого моря. Т. I. Природная среда водосбора Белого моря. / Ред. А.П. Лисицын. М.: Научный мир, 2010. 480 с.
8. Savchuk O.P., F. Wulff. Hydrobiologia, 2009, 629, p.209–224.
9. Российская Арктика в XXI веке: природные условия и риски освоения. Атлас. / Ред. Алексеевский Н.И., Магрицкий Д.В., Тикунов В.С. М.: МГУ, 2013. 145 с.
10. Электронный атлас России. Иллюстрированная картографическая энциклопедия. М.: Ассоциированный картографический центр-М. 2013. http://www.softlabirint.ru/2014/08/13/.

Все статьи автора «Филатов Николай Николаевич»