Важнейшие результаты фундаментальных и прикладных исследований института в 2006 году

1. На основании выявленных зависимостей между эмиссией СО2; с поверхности торфяной залежи и метеорологическими условиями построена линейная регрессионная модель, связывающая поток СО2 с температурой воздуха и содержанием углекислого газа в воздухе. Сделан прогноз изменения выделения СО2 при различных сценариях изменения климата, показывающий что к концу 21 века процесс депонирования углерода будет преобладать над процессами выделения углекислого газа в атмосферу, то есть сохранится положительный баланс углерода (проект 24.3.1).

Рис. 1. Временной ход эмиссии СО2 с поверхности торфяной залежи.
Сравнение результатов измерений и расчета по регрессионной модели

На поясняющем рисунке приведено сравнение данных длительных натурных наблюдений эмиссии СО2 и эмиссии, вычисленной из разработанной модели. Наблюдения за метеорологическими характеристиками приземной атмосферы, потоками углекислого газа и содержанием СО2 в воздухе, проводились в течение летних сезонов ряда последних лет на нативном олиготрофном болоте на территории геофизического стационара Васюганье ИМКЭС СО РАН. Корреляционный анализ позволил выявить наиболее значимые факторы, оказывающие влияние на эмиссию СО2 с поверхности торфяной залежи, такие как: температура воздуха и содержание СО2 в воздухе. По данным измерений, а также с учетом результатов корреляционного анализа построена линейная регрессионная модель, описывающая изменение эмиссии СО2 при изменении температуры и содержания углекислого газа в атмосфере в виде:

F = 26.7 - 0.004 * С(СО2) + 2.5 * T ,

где С(СО2) - концентрация СО2 в атмосфере (ppm), T - температура воздуха (°C), F - поток СО2 с поверхности торфяной залежи (мг/м2час).

Согласно рекомендованным МГЭИК сценариям изменения климата в ХХI веке будет происходить увеличение температуры и концентрации СО2 в атмосфере. Исходя из этого, согласно полученной регрессионной модели проведена оценка изменения эмиссии СО2 (таблица). Получено, что к 2080 г эмиссия СО2 в среднем увеличится на 16 - 27 %.

Для прогноза развития торфяной болотной экосистемы на ближайшие 100 лет нами была использована двухкомпонентная локальная модель углеродного цикла болотной экосистемы (Тарко А.М. Антропогенные измерения глобальных биосферных процессов, 2005), учитывающая содержание углерода в трех пулах: атмосфере, живой фитомассе и мертвом органическом веществе (торф, опад, подстилка и пр.). Параметры модели определялись из результатов экспедиционных измерений потоков углекислого газа и продуктивности растительности на базовой точке наблюдений на стационаре Васюганье.

Расчеты показали, что при различных сценариях изменения климата возрастает прирост болотной растительности и увеличивается выделение углерода из торфяной залежи. Скорость накопления углерода в торфяной залежи к 2080 г. также возрастет на 48 - 78 %, по сравнению с современными темпами накопления углерода. Содержание углерода в живой фитомассе возрастет на 26 - 55 %.

Таблица - Прогноз изменения эмиссии СО2, прироста фитомассы и депонирования углерода при различных сценариях изменения климата, % изменения от современных величин

2. Завершена разработка и метрологическая сертификация двухкомпонентного оптического газоанализатора ДОГ-4 для непрерывного экологического контроля дымовых выбросов топливосжигающих установок, работающих на угле или мазуте. Технические решения, защищенные патентом РФ (№ 2244291), обеспечивают с достаточной точностью и высокой долговременной стабильностью измерение концентраций окиси азота и двуокиси серы в диапазоне 5-500 мг/м3. Газоанализатор ДОГ-4 успешно прошел опытную эксплуатацию на Томской ГРЭС-2, занесен в Государственный реестр средств измерений РФ (сертификат об утверждении типа средств измерений № 25535) и подготовлен к серийному выпуску (проект 28.2.3).

Рис. 2. Электронные спектры поглощения молекул NO и SO2 в УФ области спектра (220-235 нм). I1, I2 и I3 выбранные участки спектра поглощения Рис. 3. Внешний вид прибора, использующего призменный монохроматор и устройство сдвига изображения полос поглощения молекул NO и SO2 для их последовательной спектральной селекции

Аннотация. Стационарный газоанализатор ДОГ-4, предназначен для непрерывного измерения содержания окиси азота (NO) и двуокиси серы (SO2) в дымовых газах теплоэлектростанций, работающих на угле и мазуте (на природном газе в не оптимальном режиме контроля). Работа газоанализатора основана на использовании метода дифференциального поглощения оптического излучения, который заключается в сравнении оптических потоков в участках спектра с разными коэффициентами поглощения. Количество таких участков спектра определяется числом поглощающих компонентов исследуемой газовой среды и составляет не менее трех для среды с двумя поглощающими компонентами (рис. 2).

Спектральная селекция осуществляется специальным призменным монохроматором с оригинальным устройством сканирования спектра, представляющим собой кварцевую пластину с механизмом ее поворота и осуществляющим сдвиг изображения участков спектра на выходной щели монохроматора. Это позволяет с высокой точностью сканировать спектр в небольшом диапазоне длин волн без поворота призмы монохроматора (патент РФ № 2244291). Калибровка газоанализатора производится с помощью поверочных газовых смесей. В штатном режиме работы газоанализатор производит измерения концентраций молекул NO и SO2 автоматически с интервалом в 10 секунд.

Газоанализатор подготовлен к мелкосерийному производству, имеется полный комплект рабочей конструкторской документации (рис. 3).

Публикации:

  1. Патент РФ № 2244291, МПК7, G 01 N 21/61, Двухкомпонентный оптический газоанализатор / Азбукин А.А. Булдаков М.А., Занин В.В., Королев Б.В., Корольков В.А., Матросов И.И. / Изобретения, 2005, Бюл. № 1.
  2. Азбукин А.А., Булдаков М.А., Королев Б.В., Корольков В.А., Матросов И.И., Тихомиров А.А. Стационарный газоанализатор оксидов азота и серы // ПТЭ, 2006. № 6. С. 105-109.

3. На примере различных форм внутри- и межвидовой изменчивости установлены закономерности автономной, климатической и фотопериодической регуляции развития побегов у российских видов кедровых сосен (проект 22.1.8).

Выявлено, что автономно регулируется большая часть внутреннего содержания годичного цикла: полностью - последовательность этапов, почти полностью - состав этапов, в значительной мере - относительная продолжительность этапов и число метамеров каждого типа. Климатические факторы (главным образом, сумма эффективных температур) целиком определяют начало сезонного цикла развития, в меньшей степени его окончание и внутреннее содержание (состав этапов, их относительная продолжительность, число метамеров каждого типа). Фотопериодические факторы участвуют в регуляции окончания сезонного цикла развития и заложении репродуктивных структур (сексуализации побегов). Полученные результаты являются основой моделирования реакции деревьев на изменение климата.

Рис.4. Механизмы регуляции морфогенеза побегов кедра

4. Установлено, что показатели типологического разнообразия и продуктивности темнохвойно-кедровых лесов хорошо коррелируют с типами местности по условиям водообмена, которые как региональная территориальная ячейка процессно-ориентированной типизации лесных земель, служат основой для выявления направления динамики и экогенетических сукцессий темнохвойно-кедровых насаждений в лесоболотной зоне (проект 22.1.8).

На основе анализа ландшафтной структуры озерно-аллювиальной равнины исследованы и ранжированы факторы дифференциации экотопов на разных литолого-геоморфологических поверхностях и проведена ординация типов местности по условиям водообмена. С учетом влияния болот как локальных водосборов и распределителей стока между граничащими экосистемами в рамках речных водосборов, взаимодействия между фильтрационными свойствами почвогрунтов, лесных подстилок и наземным покровом, на территории средней тайги Западно-Сибирской равнины выделены местности интенсивного, слабого, замедленного и аккумулятивного типов водообмена, в которых проведена оценка типологического разнообразия кедрово-темнохвойных лесов.

Рис. 5. Распределение типологического разнообразия темнохвойно-кедровых лесов
в типах местности по условиям водообмена (на примере Кеть- Чулымского междуречья)