Климатический центр Росгидромета

Новости партнеров

Ъ: Коварный лед


Как совершенствуются методы оценки ледовых воздействий на сооружения Арктики

Недостающие пробелы в существующих методах оценки воздействия льда на сооружения в Арктическом регионе заполнили в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого. Ученые скорректировали рекомендации для учета нагрузок при термическом расширении льда и нагрузок на многоопорные сооружения. В условиях Арктики ледовая нагрузка является наиболее критическим фактором, который следует учитывать при строительстве надежных и безопасных сооружений, поскольку большая ледовая нагрузка может повредить или разрушить гидротехнические сооружения, отметили специалисты.
Проведение испытаний образца льда (керна) на сжатие. Для определения одноосной прочности льда проводят эксперименты на сжатие в специальных прессах. Мобильные переносные установки имеют ряд преимуществ, так как позволяют проводить эксперименты в полевых условиях и тем самым получаемая прочность льда максимально приближена к фактической, потому что свойства образца не успевают существенно измениться

Исследования ледовых нагрузок на инженерные сооружения в Арктике является ключевым для обеспечения их безопасности и долговечности. Одним из важнейших факторов, влияющих на стоимость и надежность гидротехнических объектов в этом регионе, является воздействие льда. Нагрузки от льда опасны тем, что они принимают самые разные формы, и часто очень большие, то есть кратно больше всех других воздействий внешней среды. Конечно, можно запроектировать сооружения с гигантским запасом прочности, но тогда стоимость сооружения вырастет многократно. Ученые петербургского Политеха изучают и совершенствуют методы оценки ледовых воздействий на сооружения Арктики.
Как отмечают специалисты в области изучения ледовых воздействий, для разных типов сооружений различные нормативные документы имеют различную юридическую силу: некоторые носят обязательный характер, а некоторые — рекомендательный. Для оценки льда при строительстве стационарных сооружений, например, нефтяных стационарных платформ Арктики, используют целый ряд разных документов, в том числе свод правил «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)». Свод правил регулярно обновляется, так как учеными все время открываются и совершенствуются расчетные зависимости как на основании данных, полученных опытным путем, так и на основании глобальных теоретических изысканий. Петербургские ученые тщательно изучили все формулы и методики расчета нагрузок от льда в принятых нормах и сформулировали ряд предложений по их улучшению.
«Морской лед — очень коварный анизотропный материал, так как он может разрушаться и хрупко, и пластично и принимать очень много форм. Самый известный случай трагичного взаимодействия льда с объектом — это крушение “Титаника” после столкновения с айсбергом, однако существуют не настолько явные, но не менее опасные воздействия льда на возведенные человеком сооружения. Это и нагромождение обломков льда, и обмерзание и вмерзание сооружений, и многие другие как динамические, так и статические воздействия льда на построенные и строящиеся объекты Арктики. Так, например, известны случаи сильной вибрации шельфовых платформ из-за льда, мешающие их нормальной эксплуатации»,— пояснил заведующий лабораторией фундаментальных основ ледотехнических исследований Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» СПбПУ, кандидат технических наук Дмитрий Шарапов.
Керн льда, полученный в ходе бурения. Одноосную прочность льда определяют с использованием кернов, получаемых при бурении. Структура керна меняется по толщине льда, то есть разные слои льда могут иметь разные свойства и прочность. При большой толщине ледового покрова эксперименты необходимо проводить для образцов, добытых с разных глубин

Ученые предложили новый метод расчета ледовых нагрузок на ряды свай, при этом используя как теоретические подходы, так и экспериментальные данные арктических экспедиций. С помощью цифрового моделирования специалисты выполнили расчеты для типовой конструкции свайного основания, включающей несколько рядов свай. Ученые определили, с какой скоростью и силой ледовый покров должен столкнуться со сваями, чтобы повредить сооружение. При этом учитывалось влияние прорезания ледового покрова рядами свай. Специалисты определили, что нагрузка от воздействия небольшого ледового поля на сооружение может быть полностью поглощена только одной угловой сваей, при этом ледовое поле разрушится и не окажет значимого влияния на последующие сваи. Учет неодновременности нагружения различных свай при прорезании льда может быть учтен на этапе проектирования, тем самым может быть достигнута экономия средств при сохранении высокого уровня надежности сооружения.
Также полученные петербургскими учеными данные подтверждают, что хрупкое дробление льда, которое преобладает при скоростях дрейфа льда, превышающих 0,1 м/с, не приводит к максимальным ледовым нагрузкам. Максимальные же нагрузки возникают при скорости движения льда в диапазоне 0,003–0,1 м/с. Специалисты дали конкретные рекомендации инженерам, проектирующим подверженные воздействию льда конструкции в Арктике.
«Практическая значимость нашей работы заключается в подробном исследовании разнообразных сценариев воздействия льда на сооружения в Арктическом регионе. Самостоятельно инженеру сложно погрузиться во все особенности расчета нагрузок от льда, а опираясь на проделанную нами работу, специалисты смогут перепроверить конкретные расчеты»,— отметил Дмитрий Шарапов.
Пример цифровой конечно-элементной модели гидротехнического сооружения в Арктике. Для инженерных расчетов создаются цифровые модели сооружений, которые учитывают многие особенности реального объекта. Ледовые нагрузки могут быть приложены внутри цифровой модели сооружения, тем самым может быть оценена его способность сопротивляться льду

Сейчас специалисты занимаются разработкой новых полностью вероятностных подходов к определению ледовых воздействий и созданием новых усовершенствованных численных моделей, позволяющих рассматривать разрушения льда в динамике, то есть они позволят в реальном времени наблюдать образование трещин в льдине, ее раскол, а также рассчитывать, какие нагрузки при деформации ледового поля передаются сооружению. Все это позволит точнее определять коэффициенты запаса прочности построек в Арктике.



Печать

Nature Geoscience: Многомесячные прогнозы морских волн тепла и экстремального закисления океана

 

Морские волны тепла и экстремальное закисление океана — это периоды, в течение которых температура и закисление достигают статистически экстремальных уровней (90-й процентиль) относительно нормальной изменчивости, что потенциально ставит под угрозу экосистемы. Поскольку угрозы от морских волн тепла и экстремальных явлений закисления океана растут с изменением климата, возникает необходимость в качественных прогнозах событий на месяцы или годы вперёд. Предыдущая работа авторов продемонстрировала, что климатические модели могут предсказывать морские волны тепла на срок до 12 месяцев вперёд в ключевых регионах, но прогнозирование экстремальных явлений закисления океана было затруднено из-за сложности процессов к ним приводящих и редких наблюдений. Здесь использован большой сезонный ансамбль результатов модели земной системы для прогнозирования морских волн тепла и двух форм экстремальных явлений закисления океана, определяемых аномалиями концентрации ионов водорода и состояния насыщения арагонита. Показано, что ансамбль искусно предсказывает морские волны тепла и экстремальные явления закисления океана, определяемые состоянием насыщения арагонита, на срок до одного года вперёд. Прогностическая способность для экстремальных значений закисления океана, определяемых концентрацией ионов водорода, ниже, что, вероятно, отражает несоответствие между возможностями модели и наблюдаемым состоянием. Самая высокая прогностическая способность в восточной части Тихого океана, что отражает предсказуемый вклад Эль-Ниньо/Южного колебания в региональную изменчивость. Прогноз, составленный в конце 2023 года во время события Эль-Ниньо 2023–2024 годов, показывает высокую вероятность широко распространённых морских волн тепла и экстремальных событий закисления океана в 2024 году.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-024-01593-0

Печать

Опубликован информационный бюллетень «Изменение климата» №111, за октябрь-ноябрь 2024 г.

 

Главные темы номера:

  • 29-я Конференция сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата (КС-29) (11-23 ноября 2024, Баку, Азербайджан);
  • VIII Всероссийский объединенный метеорологический и гидрологический съезд (29-31 октября 2024, Санкт-Петербург);
  • БРИКС: Мероприятия по тематике климата, проведенные в РФ. Часть 3;
  • Национальный доклад Российской Федерации о кадастре антропогенных выбросов парниковых газов за 1990-2022 гг.

Также в выпуске:

    • К 2030 году страны ШОС должны показать миру новый путь к достижению целей устойчивого развития
    • Руслан Эдельгериев призвал к справедливому подходу в борьбе с глобальным потеплением
    • Углеродный след Климатического Форума БРИКС был компенсирован впервые в истории международного объединения
    • На Сахалине масса нетто-выбросов парниковых газов снизилась втрое
    • Фонд защиты окружающей среды подвел итоги III Международного экологического форума
    • Новые публикации в российских и зарубежных научных изданиях
    • Новый доклад Секретариата ООН по климату: национальные климатические планы «крайне далеки от того, что необходимо»
    • Концентрация парниковых газов достигла нового рекорда в 2023 году
    • Программа ООН по окружающей среде представила свой ежегодный доклад о разнице мер адаптации к изменению климата

 

Ссылка: выпуск бюллетеня №111 за октябрь - ноябрь 2024 г.

Печать

npj Climate Action: На пути к Атласу МГЭИК для комплексной оценки рисков изменения климата

 

Оценки климатических рисков имеют решающее значение для количественной оценки и сообщения рисков в ясной и краткой форме. В свете быстро происходящих климатических изменений растёт потребность в более комплексной интеграции и более эффективном обзоре имеющихся и релевантных данных, входящих в эти оценки, особенно по временной и пространственной динамике риска. В этой статье описаны преимущества, проблемы и возможности для повышения доступности временных и пространственных данных, необходимых для поддержки оценок климатических рисков, посредством разработки Атласа Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), интегрированного в рабочие группы МГЭИК. Предполагается, что использование структуры климатических рисков для организации этого Атласа приведёт к более практичному ресурсу для понимания проводимых МГЭИК оценок рисков и информирования о них, а также сделает методологии и результаты доступнее для более широкой аудитории.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s44168-024-00193-3

Печать

Geophysical Research Letters: Прибрежные надмерзлотные водоносные горизонты Арктики и их значительные потоки подземных вод, углерода и азота

 

Подводный сброс пресных грунтовых вод (ПСПГВ) может доставлять значительные потоки воды и растворённых веществ с суши в море. В Арктике, составляющей ∼34% береговых линий в мире, прямые наблюдения и знания о ПСПГВ скудны. Благодаря интеграции наблюдений и модельных результатов авторы обнаружили, что независимо от глубины многолетней мерзлоты, связанной льдом, на берегу летняя динамика потока подводных грунтовых вод вдоль участков побережья моря Бофорта на Аляске аналогична таковой в более низких широтах. Рассчитанные летние потоки ПСПГВ в Арктике, как правило, выше по сравнению с низкими широтами. Потоки органического углерода и азота при ПСПГВ, вероятно, больше, чем летний речной приток. ПСПГВ также имеет очень высокое содержание CO2, что делает его потенциально значимым источником неорганического углерода. Таким образом, биогеохимия арктических прибрежных вод потенциально зависит от поступления грунтовых вод летом. Эти потоки воды и растворённых веществ, вероятно, увеличатся по мере таяния прибрежной мерзлоты в Арктике.

 

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL109142

Печать

Geophysical Research Letters: Разница в два раза в прогнозах баланса массы поверхности ледникового щита Гренландии в XXI веке по трём региональным климатическим моделям при сценарии сильного потепления (SSP5-8.5)

 

Арктика быстро нагревается, значительно сокращая баланс массы поверхности Гренландского ледяного щита и увеличивая его вклад в глобальное повышение уровня моря. Поскольку ожидается, что эти тенденции сохранятся, важно изучить реакцию баланса массы поверхности Гренландского ледяного щита на прогнозируемое потепление климата. Авторы сравнили прогнозы по трём полярным региональным климатическим моделям, RACMO, MAR и HIRHAM, опирающиеся на модель Community Earth System Model CESM2 при сценарии сильного потепления (SSP5-8.5, 1970–2099 гг.). Они раскрывают различные смоделированные балансы массы поверхности к 2100 году, включая двукратно большую ежегодную потерю поверхностной массы в MAR (−1735 Гт/год) и HIRHAM (−1698 Гт/год) по сравнению с RACMO (−964 Гт/год). Расхождения в первую очередь обусловлены различиями в прогнозируемом стоке, вызывающими положительную обратную связь между таянием и альбедо и последующее смоделированное расширение зоны абляции. Кроме того, обнаружены различные реакции смоделированного накопления талой воды на аналогичное атмосферное потепление. Представленный анализ предлагает чёткие пути для разработки моделей с целью дальнейшего улучшения прогнозов баланса массы поверхности и вклада в повышение уровня моря.

 

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2024GL111902

Печать

Journal of Climate: Улучшенная реконструкция уровня моря с 1900 по 2019 гг.

 

До эпохи спутников реконструкции уровня Мирового океана зависели от записей мареографов и гидрографических наблюдений на месте. Однако доступные реконструкции среднего уровня Мирового океана, использующие разные методы, указывают на разброс тренда уровня моря за 1900–2008 гг. (1,3 ∼ 2,0 мм в год). С лучшим пониманием причин изменения уровня моря авторы реализовали улучшенную реконструкцию уровня моря, основываясь на предыдущей работе Чёрча и Уайта (Church and White), и включили три дополнительных фактора: «отпечатки» уровня моря, структуры изменения климата стереодинамического уровня моря и более полные оценки локального вертикального движения суши. Тенденция новой реконструкции среднего уровня Мирового океана составляет 1,6 ± 0,2 мм в год (уровень достоверности 90%) за 1900–2019 гг., что соответствует сумме вкладов уровня моря, основанных на наблюдениях, в размере 1,5 ± 0,2 мм в год. Более низкий тренд из новой реконструкции по сравнению с более ранним результатом Чёрча и Уайта в основном обусловлен обновлённой коррекцией вертикального движения суши. Включение «отпечатков» уровня моря и моделей изменения климата стереодинамического уровня моря являются основными факторами, способствующими повышению качества региональной реконструкции. Несмотря на закрытие бюджета среднего уровня Мирового океана с точки зрения долгосрочной тенденции с 1900 года, это исследование показывает расхождения между трендами из доступных реконструкций среднего уровня Мирового океана и суммой независимых вкладов, основанных на наблюдениях за различные периоды в ХХ веке, например, расхождение в начале ХХ века, которое может быть связано с возможным смещением в оценке компонента наземного льда. Разработанная здесь методология реконструкции, протестированная с использованием синтетических полей уровня моря, может предоставить многообещающий способ выявления потенциальных смещений в отдельных компонентах уровня моря, ограниченных доступными глобальными наблюдениями мареографов.

 

Ссылка: https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/37/24/JCLI-D-23-0410.1.xml

Печать

Nature Geoscience: Арктическая пресноводная аномалия, перемещающаяся в Северную Атлантику, задержана в буферной зоне

 

Недавно началось двухдесятилетнее накопление пресной воды в круговороте Бофорта в Северном Ледовитом океане. Авторы использовали спутниковые наблюдения и моделирование, чтобы показать, что изменения в ветровом режиме и сокращение площади морского льда приводят к накоплению пресной воды вблизи экспортных шлюзов в Северную Атлантику. Эта формирующаяся буферная зона играет важную роль в корректировании распространения пресной воды в субполярную Северную Атлантику.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41561-024-01592-1

Печать

Nature Communications Earth & Environment: Антропогенное изменение климата удвоило частоту совокупных засух и волн тепла в регионах с низким уровнем дохода

 

Совокупные засухи и волны тепла привлекли всеобщее внимание из-за своих катастрофических последствий. Однако мало исследований было посвящено изучению неравенства в подверженности совокупным засухам и волнам тепла в условиях изменения климата. Авторы выявили значительное неравенство между регионами с низким и высоким доходом с точки зрения возникновения глобальных эпизодов совокупных засухи и волны тепла с использованием наблюдений и климатических моделей. Обнаружено, что регионы с низким доходом испытали 377%-ное [351–403%] увеличение частоты совокупных засух и волн тепла с 1981 по 2020 гг., что в два раза больше, чем рост, наблюдаемый в регионах с высоким доходом (184% [153–204%]). Это неравенство в значительной степени объясняется аналогичным неравенством в возникновении засух, а не в возникновении волн тепла. Атрибуция изменения климата предполагает, что антропогенное потепление удвоило частоту совокупных засух и волн тепла в 31% [14–50%] регионов с низким доходом по сравнению с всего лишь 4,7% [0,9–8,3%] регионов с высоким доходом. Частота совокупных засух и волн тепла не увеличилась бы в регионах с низким доходом без антропогенного изменения климата, но всё равно возросла бы в регионах с высоким доходом.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01894-7

Печать

Nature Communications Earth & Environment: Внедрение модельного описания подсеточной изменчивости на основе машинного обучения улучшает распределение осадков

 

Схемы параметризации в моделях общей циркуляции необходимы для охвата облачных процессов и формирования осадков, но демонстрируют давно известные смещения. Здесь разработан гибридный подход, который борется с этими смещениями путём внедрения многовыходного гауссовского процесса, обученного прогнозировать изменчивость с высоким разрешением в каждой ячейке сетки климатической модели. Обученная многовыходная модель гауссовского процесса на месте связана с упрощённой моделью общей циркуляции атмосферы под названием SPEEDY. Профили температуры и удельной влажности SPEEDY возмущаются с фиксированными интервалами в соответствии с изменчивостью, предсказанной с помощью гауссовского процесса. Десятилетние прогнозы генерируются как для контрольных, так и для гибридных моделей машинного обучения. Гибридная модель снижает среднеквадратичную ошибку глобального уровня осадков, взвешенную по площади, до 17%, а над тропиками — до 20%. Известно, что гибридные методы инициируют нефизические состояния, поэтому физические величины исследуются, чтобы гарантировать, что климатический дрейф не наблюдается. Кроме того, чтобы понять движущие силы улучшений представления осадков, изучаются изменения в термодинамических профилях и распределение повышенных значений индекса.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01885-8

Печать