Модельная ассимиляция и реанализ геокриологических данных: постановка задачи и валидация модели

Пункты мерзлотных наблюдений
CALM (68 площадок, www/permafrost.su)
Скважины GTN-P (152, http://gtnp.org)
Стационары и площадки (35 пунктов)

Измерения носят негосударственный характер, не координируются одним ведомством, данные труднодоступны.
Сеть неравномерна и нерепрезентативна, выбор многих площадок случаен.
Лишь на 18 площадках CALM длительность измерений более 10 лет.
Лишь две характеристики ММГ, среднегодовая температура и мощность СТС, включены в перечень существенных параметров ВМО.
Как это соотносится с нуждами актуальных задач?

Оценка рисков для инфраструктуры

Проектирование транспортных магистралей

Оценка рисков для экосистем
Ареалы биомов
Вероятность смены биома, %

Семь фактов о метановой катастрофе
(N.Ahmed, The Guardian)
Оценка рисков эмиссии метана

Расположение площадок наблюдений
CALM (68)
Скважины GTN-P (152)
Стационары и площадки (35)

Полная пространственная картина
Данные точечных наблюдений
Клод Моне. Пейзаж в Монако.

Реанализ по точечным данным строит пространственно-временной континуум

Сравнение и калибровка
Расчет СТС и Тs
Как работает реанализ?

Развитие моделей мерзлоты
Палеореконструкции мерзлоты
Мерзлота в моделях земной системы
Субаквальная мерзлота
Гидрология криолитозоны
Эмиссия метана

Комплицированность модели
“Данные без модели - хаос, модель без наблюдений - фантазия.”

Динамическая модель ММГ
Учет кондуктивного теплопереноса, фазовых переходов и засоленности
Уравнение диффузии соли
Расчет эффективной теплоемкости

Мощность СТС
Толщина органического слоя
Влияние топографии и органического слоя на СТС

Изменения температуры на глубинах 0.5 м (А) и 3 м (Б) по данным наблюдений на стационарах и расчетам.
Инта 1 бугор Петрунь (К58) Якутск

Чувствительность расчета к влияющим параметрам

Ранжированные по возрастанию тренды температуры на глубине 3.2 м за период 1980–2018 гг. по данным метеостанций

Ранжированный по возрастанию тренд СТС на 45 площадках CALM, 2004-2018 гг.

Сравнение измеренных и расчетных среднегодовых температур грунта на глубине 3,2 м
R=0,92

R=0.79
Сравнение расчетов и наблюдений СТС на площадках CALM

Тренд температуры почвы на глубине 3.2 м за период 1990-2018. Расчет для супесчаной почвы.

Тренд СТС, расчет для суглинка по данным 1990-2018 гг.
Средняя величина тренда СТС по данным CALM 0.87см/год,
по данным реанализа 1.1см/год

Торфяники
Песок
Суглинок
Расчетная мощность СТС на начало 1990-х гг.

Учет мелкомасштабной изменчивости
Мощность СТС

Ансамблевый расчет
Мощность СТС
< 0.5 м
0.5 - 0.7 м
0.7 - 0.9 м
> 0.9м