Научные проекты и исследования

На кафедре проводятся фундаментальные и прикладные научные исследования по следующим направлениям:

1. Фундаментальный научный проект «Разработка географических основ водной безопасности Республики Казахстан в условиях климатических и антропогенных изменений речных вод».

Научный руководитель: д.г.н., проф. Гальперин Р.И.

Цель проекта: Оценка вероятности и степени опасности неблагоприятных гидрологических явлений в различных бассейновых природно-хозяйственных системах Казахстана, как основы для принятия оптимальных решений для обеспечения их водной безопасности.

Основные задачи:

1) создание банка данных гидрологических характеристик, обуславливающих вероятность возникновения ЧС (годовые, максимальные, минимальные расходы воды рек, высокие уровни воды, затопляемость территорий, селевые паводки);

2) оценка динамики изменения характеристик опасных гидрологических явлений в связи с меняющимся климатом и возросшим влиянием хозяйственной деятельности;

3) количественная оценка характеристик опасных гидрологических явлений в современных условиях;

4) прогноз вероятности и последствий неблагоприятных ситуаций в ближайшие десятилетия с учётом геополитической обстановки и нарастающих водохозяйственных нагрузок.

Актуальность темы:

Под водной безопасностью подразумевается: преодоление дефицита водных ресурсов, включая неблагоприятные гидроклиматические ситуации (маловодные годы), защита от опасных явлений природы (в частности, наводнений, селевых потоков), преодоление гидроэкологических последствий неблагоприятных ситуаций природного и антропогенного происхождения.

Актуальность темы определяется, с одной стороны, нарастающим дефицитом водных ресурсов, связанным с возрастанием заборов воды трансграничных рек, неблагоприятными климатическими тенденциями, неизбежным ростом водопотребления, а с другой стороны, большим ущербом от наводнений и селевых потоков (в РК, как и во всем мире, наводнение остаются самым убыточным явлением природы). Очевидно, что и экологическая обстановка напрямую связана с водной.

Новизна и перспективность исследований

Меры по обеспечению водной безопасности республики, предупреждению воздействий опасных гидрологических явлений должны основываться на оценке современных водных ресурсов, современных экстремальных гидрологических характеристик. Материалы широких гидрологических обобщений 50 – 70 – х гг. не отражают сегодняшних реалий, они устарели в связи, во-первых, с накоплением новой информации, во-вторых, в связи с направленными климатическими тенденциями, в третьих, в связи с хозяйственной деятельностью на водосборах и в руслах рек РК, в-четвертых, в связи с трансформацией гидрологического режима трансграничных рек. Новые условия требуют новых концепций в основе методов гидрологических расчётов.

Научная значимость результатов исследований заключается:

- в методических новациях в анализе, статистической обработке и интерпретации результатов исследований натурных рядов, заключающихся в адаптации традиционных гидрологических методов к современной ситуации;

- в получении новых характеристик поверхностных водных ресурсов и опасных гидрологических явлений; характеристики должны отражать сегодняшние реалии – условия климатических изменений, антропогенных воздействий на речные водосборы, водохозяйственной нагрузки на водные объекты;

- в новых оценках влияния водохранилищ на экстремальные гидрологические характеристики, включая затопление приречных территорий значительных рек РК.

Практическая значимость результатов исследований заключается:

- в возможности использования методических новаций для конкретных гидрологических расчётов;

- в возможности использования полученных характеристик при разработке конкретных мероприятий для обеспечения водной безопасности регионов и объектов, в конкретном проектировании.

2. Фундаментальный научный проект «Разработка методов, моделей и геоинформационных технологий контроля, анализа и прогноза динамики процессов опустынивания на территории Республики Казахстан»

Научный руководитель: д.г.н., проф. Сальников В.Г.

Цель проекта: усовершенствовать методы оценки темпов и масштабов опустынивания с использованием статистической информации, контактных измерений, данных дистанционного зондирования и ГИС-технологий; разработать модели анализа закономерностей многолетних изменений в биосфере и социальной среде в целях прогнозирования активности процессов опустынивания на территории Казахстана.

Задачи проекта:

1) 2011 год – Определить критерии и индикаторы процессов опустынивания и разработать методики их расчетов на базе статистической информации, контактных измерений и данных дистанционного зондирования с учетом климатических и экологических, экономических и социальных (демографических) особенностей областей республики.

2) 2012 год – Разработать модели и алгоритмы оценки степени опустынивания, построить карты районирования территории Казахстана по степени опустынивания, провести верификацию расчетов на тестовых участках с высокой и низкой техногенной нагрузкой

3) 2013 год – Разработать модель прогноза динамики процессов опустынивания на территории Казахстана и выработать рекомендации по стабилизации ситуации.

Актуальность и новизна.

Казахстан расположен в центральной пустынно-степной части Евразийского континента. Вследствие особенностей климатических условий (засушливость и континентальность) страна относится к территориям, перед которыми остро стоит проблема опустынивания. Республика Казахстан подписала в 1994 году и ратифицировала в 1997 году Конвенцию по борьбе с опустыниванием. Целью Программы по борьбе с опустыниванием, как одной из главных предпосылок устойчивого развития экономики страны и повышения благосостояния людей, является обеспечение продовольственной безопасности и политической стабильности при обязательном условии сохранения биологического разнообразия и их воспроизводительной способности, предотвращения деградации земель и повышения их продуктивности. В связи с этим актуальна разработка методов и моделей контроля, анализа и прогноза динамики процессов опустынивания на территории Казахстана и связанных с ними изменениями в биологической, экономической и социальной сферах. До сих пор, количественные интегральные показатели степени опустынивания не установлены, что во многом сдерживает реализацию мероприятий по борьбе с опустыниванием и их эффективность.

Ожидаемые результаты (практическая и научная значимость результатов выполняемого научного исследования, их инновационное и конкурентное преимущество)

В результате выполнения проекта впервые будут:

- разработаны ГИС-технологии и выполнена оценка масштабов и темпов опустынивания территории Казахстана с использованием разнородной статистической информации, контактных измерений, данных дистанционного зондирования, построены карты районирования территории Казахстана по степени опустынивания;

- выявлена пространственно-временная структура атмосферной засушливости, начало дисбаланса климатической системы в связи с активной хозяйственной деятельностью человека. Выявлены регионы, наиболее активно реагирующие на антропогенное воздействие.

- получены дальние связи между явлениями глобального характера (феномен Эль-Ниньо, глобальные данные Н₅₀₀, температура воздуха, ТПО) и процессами засушливости в Казахстане, позволяющие сформировать физико-статистические модели среднесрочной диагностики изучаемых явлений.

- построены модели, описывающие закономерности многолетних изменений типичных экосистем Казахстана, и проведен прогноз дальнейшего развития ситуации;

- предложены рекомендации для смягчения негативных последствий опустынивания, стабильного развития показателей уровня качества жизни и рационального использовании природных ресурсов.

3. Фундаментальный научный проект «Исследование формирования и схода устойчивого снежного покрова на территории Северного Казахстана в условиях глобального изменения климата по данным наземного и космического мониторинга».

Научный руководитель: д.г.н., проф. Сальников В.Г.

Цель проекта: разработать перспективные подходы к оценке современных тенденций и условий формирования и схода устойчивого снежного покрова на территории Северного Казахстана в условиях глобального изменения климата по данным наземного и космического мониторинга; выявить прогностические закономерности продолжительности залегания снежного покрова.

Задачи проекта:

1) 2011 год –. Провести обзор современных научных исследований, посвященных вопросу формирования и схода снежного покрова. Формирование исходной базы физико-морфометрических данных снежного покрова. Разработать методику оценки водного эквивалента снежного покрова по данным спутниковых и метеорологических наблюдений.

2) 2012 год – Изучить условия формирования и схода снежного покрова на территории Казахстана по данным наземного и космического мониторинга. Исследовать особенности процессов атмосферной циркуляции в атлантико-евразийском секторе Северного полушария и их влияние на формирование снежного покрова на территории Северного Казахстана. Провести совместный пространственно-временной анализ полей температуры воздуха, атмосферных осадков и сроков схода снежного покрова на территории Казахстана.

3) 2013 год – Изучить темпы схода снежного покрова в зависимости от климатических характеристик весен различных ландшафтов. Провести анализ тенденций и условий формирования и схода снежного покрова по территории Казахстана в течение последних десятилетий с целью поиска прогностических факторов. Получить проекции будущих изменений условий формирования и схода снежного покрова на исследуемой территории. Провести верификацию расчетов схода снежного покрова на тестовых участках с высокой и низкой техногенной нагрузкой

Актуальность и новизна.

Сельское хозяйство и производство продуктов питания являются ключевыми для будущего нашего мира и также основой в Целях Развития Тысячелетия (ЦРТ). 850 миллионов людей остаются голодными и это количество, которое пошло на спад в течение прошлых десятилетий, стало стабильным или немного возросло за последние 5 лет.

В повышении эффективности сельскохозяйственного производства в Казахстане определяющее значение имеют разработка и освоение новых перспективных технологий мониторинга снежного покрова. Основной задачей на предстоящий период в растениеводстве является сохранение и воспроизводство плодородия почв, рациональное использование сельскохозяйственных угодий, создание условий для роста производства сельскохозяйственной продукции. Достичь этого можно благодаря внедрению более эффективных, гибких систем ведения земледелия.

Одним из наиболее важных факторов сельскохозяйственного производства является зимнее влагонакопление, а также даты формирования и схода снежного покрова.

Ожидаемые результаты (практическая и научная значимость результатов выполняемого научного исследования, их инновационное и конкурентное преимущество)

- Выявлены закономерности формирования снежного покрова на основе мониторинга процессов установления снежного покрова и снеготаяния.

- Адаптирована методика оценки водного эквивалента снежного покрова по данным спутниковых и метеорологических наблюдений.

- Изучены особенности процессов атмосферной циркуляции в атлантико-евразийском секторе Северного полушария и их влияние на формирование снежного покрова на территории Северного Казахстана.

- Получены дальние связи между явлениями глобального характера (феномен Эль-Ниньо, глобальные данные Н₅₀₀, температура воздуха, ТПО) и процессами установления устойчивого снежного покрова и процессов снеготаяния, позволяющие сформировать физико-статистические модели среднесрочной диагностики изучаемых явлений.

- Проведен совместный пространственно-временной анализ полей температуры, осадков и сроков схода снежного покрова на территории Казахстана.

- Предложена методика оценки водного эквивалента снежного покрова по данным спутниковых и метеорологических наблюдений

- Проведён анализ тенденций формирования и схода снежного покрова по территории Казахстана в течение последних десятилетий и получены прогностические закономерности. Получены проекции будущих изменений условий формирования и схода устойчивого снежного покрова на исследуемой территории в условиях современных климатических изменений.

4. Фундаментальный научный проект «Научные основы оптимизации использования природных ресурсов и обеспечения устойчивого развития в условиях изменения климата».

Научный руководитель: д.г.н., проф. Чередниченко В.С.

цель проекта - оценить, как скажется наблюдаемое изменение климата на стоке рек, земледелии, состоянии окружающей среды (химизм осадков) и на условиях проживания в целом.

Основные задачи:

- В связи с изменением глобального климата и влиянием этого процесса на все компоненты окружающей среды и человеческой деятельности представляется крайне важным оценить следующее: во-первых, как глобальные процессы повлияют на режим температуры и осадков в Казахстане, и, во-вторых, как наблюдаемые и ожидающиеся изменения температуры и осадков скажутся на стоке основных рек Республики в ближайшие десятилетия.

- Для экономики Казахстана, испытывающей недостаток в пресной воде на большей части своей территории, проблема изменения стока представляется крайне актуальной.

- Изучить концентрации и динамику загрязняющих веществ в осадках по территории Казахстана в зависимости от сезонов года и аэросиноптических условий, дать рекомендации к прогнозу неблагоприятных условий.

- Изучить основные метеорологические факторы, определяющие условия проживания и ведения хозяйственной деятельности на территории Казахстана, оценить тенденции их изменения в связи с изменением климата и на этой основе построить сценарии изменения этих условий (прогноз) на период до 2050 года.

Актуальность и новизна.

Вопросы, которые будут рассмотрены, особенно изменение климата, широко изучаются в мире. Однако то, как это проявится в Казахстане, пока изучено слабо. Все, кто занимается данной проблемой, будут привлечены.

Важность водных ресурсов для Казахстана известна и их прогноз на ближайшие десятилетия представляется важной задачей. Сток, как важнейший показатель водных ресурсов, определяется режимом осадков в бассейне и температурой воздуха. В то же время температура воздуха и режим осадков определяются циркуляцией атмосферы над регионом и ее колебаниями, в первую очередь применительно к нашей задаче - вековыми. Отсюда и выбранное нами направление исследований.

Проблема изменения климата и способы адаптации к этим изменениям являются одним из важнейших, стоящих перед человечеством. Казахстан расположен в центре Евразийского континента в аридной зоне. Чувствительность таких зон к изменениям климата особенно высокая.

Территория Северного Казахстана, где сосредоточено основное земледелие Республики, относится к зоне рискованного земледелия. Это значит, что даже сейчас в отдельные годы бывают значительные потери урожая из-за засух. Однако этот регион обеспечивает продовольственную безопасность страны, полностью обеспечивая ее зерном. Следовательно, даже в случае небольших изменений в сторону ухудшения земледелия, выявляется угроза продовольственной безопасности Казахстана.

В Казахстане развиты нефте-газо- и горнодобывающая отрасли, животноводство и пр., где работа преимущественно связана с работой на открытом воздухе. В этой ситуации экстремальные температуры, опасные метеорологические явления и др. могут нанести серьезный ущерб здоровью людей и производству. Оценка влияния метеорологических факторов на условия проживания и хозяйственную деятельность в условиях изменения климата являются одним из направлений исследования.

Ожидаемые результаты (практическая и научная значимость результатов выполняемого научного исследования, их инновационное и конкурентное преимущество)

В результате выполнения программы будет использован системный подход наблюдающемуся изменению климата и осуществлен комплексный анализ возможных последствий для основных отраслей хозяйственной деятельности Казахстана, будет оценено воздействие на социальные условия с выдачей рекомендации о возможных путях адаптации и смягчению последствий.

- Будут оценены результаты изменения климата по территории Казахстана и воздействие этих изменений на хозяйственную деятельность на период до 2050 и 2100 гг. с рекомендациями по адаптации и смягчению последствий.

- Модель для построения сценария изменения стока реки Урал на период до 2050г. на основе анализа особенностей циркуляции атмосферы, режима температуры и осадков на этот период. Рекомендации по использованию модели для построения сценария изменения стока других рек. Рекомендации по смягчению последствий и адаптации хозяйственной деятельности при изменившихся условиях стока, при измененных водных ресурсах в регионе.

- Будет оценен вклад загрязняющих веществ, приносимых на территорию Казахстана по основным направлениям переноса, а также перенос за пределы Республики; Карты распределения основных загрязняющих веществ в осадках по территории Казахстана по сезонам года. Данные о наиболее вероятном изменении концентраций загрязняющих веществ в зависимости от типа синоптического процесса и сезона.

- Комплексные критерии для оценки условий проживания и хозяйственной деятельности; Карты-схемы территории Казахстана с данными районирования. Объективизация аэросиноптических условий, при которых имеют место экстремальные условия или наблюдаются экстремальные метеорологические величины. Рекомендации к прогнозу таких условий. Карты-сценарии изменения условий проживания и хозяйственной деятельности на период до 2050 года. Рекомендации по адаптации к новым условиям при изменяющемся климате.