Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В первый год выполнения проекта получены новые натурные данных о временной изменчивости содержания бериллия-7 на атмосферных аэрозолях и в атмосферных выпадениях в Севастопольском регионе. Исследована временная изменчивость концентрации бериллия-7 в приземном слое атмосферы Севастопольского региона на различных масштабах времени (суточный, сезонный и межгодовой) в период 2011-2020 гг. Результаты спектрального анализа среднесуточных величин концентрации радионуклида указывают на наличие ярко выраженной сезонной и межгодовой изменчивости. Установлено, что во внутригодовом цикле концентрации радионуклида ее максимум приходится на период май–август (4,8–5,0 мБк м-3) и минимум на период декабрь–январь (2,3–2,6 мБк м-3). Показано, что в период 2012–2015 гг. имеет место снижение среднегодовой величины концентрации радионуклида с 4,1 до 2,6 мБк м-3. В последующие годы наблюдается ее рост с 3,3 мБк м-3 в 2016 г. до 4,7 мБк м-3 в 2020 г. Среднесуточная величина концентрации радионуклида на атмосферных аэрозолях за весь период наблюдений составила 4,0 ± 2,0 мБк м-3. Впервые получены количественные оценки влияния космических (число солнечных пятен, поток солнечного радиоизлучения с длиной волны 10,7 см, индекс суммарных площадей солнечных пятен и поток космических лучей) и атмосферных факторов (температура воздуха, модуль скорости и направления ветра в приземном слое атмосферы, атмосферное давление, атмосферные осадки, относительная влажность воздуха, поток приходящей на Земную поверхность солнечной радиации, высота пограничного слоя, общая облачность) на временную изменчивость концентрации бериллия-7 в Севастопольском регионе в период 2011-2020 гг. с использованием методов тренд-сезонной декомпозиции ряда данных, множественного-регрессионного анализа и корреляционного анализа. Установлено, что доминирующее влияние на межгодовую изменчивость концентрации бериллия-7 оказывают космические факторы, определяющие продукцию этого радионуклида в атмосфере. В частности, показано, что вариация потока космических лучей объясняет до 90% межгодовой изменчивости концентрации радионуклида: рост потока космических лучей сопровождается ростом концентрации бериллия-7 в приземном слое атмосферы с лагом в 7 месяцев. Установлено, что на сезонном масштабе времени влияние космических факторов «маскируется» атмосферными. Таким образом, на сезонном масштабе времени доминирующее влияние на временную изменчивость концентрации радионуклида оказывают атмосферные факторы, определяющие, в первую очередь, вертикальный конвективный транспорт радионуклида в атмосфере. В частности, изменчивость потока солнечной радиации, приходящего на Земную поверхность, объясняет до 85% сезонной изменчивости концентрации бериллия-7. Изменчивость потока солнечной радиации также объясняет 38% временной изменчивости среднесуточных значений концентрации радионуклида. Установлено, что атмосферные осадки оказывают наибольшее влияние на временную изменчивость среднесуточных величин концентрации бериллия-7, в отдельных случаях приводя к ее уменьшению на порядок. Получены количественные оценки коэффициентов вымывания и восстановления радионуклида, средние величины которых составили (1,6 ± 2,9)·10-4 с-1 и 0,77 сутки-1, соответственно. Установлено, что осадки большей интенсивности характеризуются меньшими величинами коэффициента вымывания. Впервые предложена параметризация, позволяющая оценить среднесуточную величину концентрации бериллия-7 в дни с атмосферными осадками и ее восстановление в последующие дни. Предложена модель, позволяющая рассчитать временную изменчивость концентрации бериллия-7 в приземном слое атмосферы и использующая временные ряды потока космических лучей, потока солнечной радиации, приходящей на Земную поверхность, интенсивности и продолжительности атмосферных осадков в качестве предикторов. Результаты валидации модели по ряду наблюдений о временной изменчивости концентрации бериллия-7 в приземном слое атмосферы в период с июля 2011 по декабрь 2020 г. показали, что эта модель описывает 43% временной изменчивости среднесуточных величин концентрации, 62% временной изменчивости осредненных за неделю величин концентрации, 80% временной изменчивости осредненных за месяц величин концентрации и 90% временной изменчивости среднегодовых величин концентрации. Средние величины погрешности оценок концентрации, получаемые с использованием этой модели, составляют 39% для среднесуточных величин, 20% для осредненных за неделю, 13% для осредненных за месяц и 9% для осредненных за год. Основываясь на статистических характеристиках результатов, полученных с использованием одномерных моделей, представленных в доступной литературе, можно заключить, что предложенная в данном исследовании модель соответствует лучшим из предложенных ранее.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Во второй год выполнения проекта получены новые натурные данные о временной изменчивости концентрации бериллия-7 в приземном слое атмосферы и его потока с атмосферными осадками. За исследуемый период концентрация бериллия-7 в атмосфере и его поток с дождевыми осадками изменялся в широком диапазоне: от 0,1 до 17,0 мБк м–3 и от 2,0 до 78,1 Бк м–2 сутки–1, соответственно. Средние величины составили 4,3±2,3 мБк м–3 и 19,2±18,3 Бк м–2 сутки–1, для концентрации бериллия-7 в атмосфере и его потока с дождевыми осадками, соответственно. Используя многолетние ряды наблюдений (2011–2020 гг.) исследована изменчивость потока бериллия-7 с атмосферными осадками на различных масштабах времени (суточный, сезонный, межгодовой) в Севастопольском регионе и получены количественные оценки влияния характеристик осадков (количество, интенсивность, продолжительность, частота) и концентрации бериллия-7 в атмосфере на эту временную изменчивость. Установлено, что количество выпадающих осадков является доминирующим фактором, определяющим временную изменчивость потока бериллия-7 на всех рассматриваемых временных интервалах. Впервые получены количественные оценки ряда параметров: коэффициента вымывания бериллия-7 осадками, скорости вымывания бериллия-7 и коэффициента насыщения осадков бериллием-7 для индивидуальных (суточных) событий выпадения осадков. Величина коэффициента вымывания изменялась от 0.8×10–5 до 35.6×10–5 с–1 и составляла в среднем (5.6 ± 4.2)×10–5 с–1. Величина скорости вымывания изменялась от 0.2×10–2 до 24.7×10–2 м с–1 и составляла в среднем (5.0 ± 4.2)×10–2 м с–1. Величина коэффициента насыщения изменялась от 331 до 3799 и составляла в среднем 1108±649. Проведены комплексные исследования взаимосвязи коэффициента вымывания, скорости вымывания и коэффициента насыщения с характеристиками осадков (количество, интенсивность и продолжительность). По результатам исследования впервые предложен ряд параметризаций: коэффициента насыщения через интенсивность осадков, скорости вымывания через количество осадков, коэффициента вымывания через интенсивность осадков. Предложено 5 моделей, позволяющих получить количественные оценки потока бериллия-7 из атмосферы с осадками. Для каждой модели получены статистические характеристики точности получаемых оценок. Установлено, что наилучшие результаты получаются по модели, предполагающей оценку скорости вымывания: модель описывает 88% временной изменчивости суточных величин потока бериллия-7 с дождевыми осадками, средняя погрешность получаемых оценок составляет 33%. Выполнено объединение одномерной модели концентрации бериллия-7 в атмосфере (1й год) с моделью потока бериллия-7 (2й год). Для получения количественных оценок потока бериллия-7 эта новая модель использует временные ряды следующих параметров в качестве предикторов: потока космических лучей, потока солнечной радиации, количества, частоты и продолжительности осадков. Валидация результатов, получаемых с использованием этой модели, проводилась с использованием натурных данных о временной изменчивости потока бериллия-7 с шести станций: Севастополь, Россия (суточные данные), Ганновер, Нью-Хэмпшир, США (недельные данные), Ташкент и Самарканд, Узбекистан (месячные данные), Аберпорт, Уэльс (месячные данные) и Плимут, Англия (месячные данные). При валидации модели сначала рассчитывались суточные величины, а затем они суммировались в пределах срока, для которого имелись натурные данные о величине потока бериллия-7. Важно отметить, что при валидации для станции, расположенной в Севастополе, использовались натурные данные об осадках, для всех остальных станций использовались результаты атмосферного реанализа ERA5. Результаты валидации указывают на то, что модель воспроизвела 78% временной изменчивости суточных величин потока бериллия-7, 39% временной изменчивости недельных величин потока и от 63 до 78% временной изменчивости месячных величин потока. Средняя погрешность получаемых оценок величин потока составляет 38% для суточных значений, 77% для недельных и от 29 до 58% для месячных. Выполнено сопоставление статистических характеристик точности оценок потока бериллия-7, получаемых с использованием модели, предложенной в настоящем проекте, с моделями, представленными в доступной литературе. Показано, что точность оценок находится на уровне самых современных и продвинутых моделей, а то и превосходит его.