КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 19-77-30012

НазваниеСмарт технологии мониторинга, моделирования и оценки экосистемных сервисов зеленой инфраструктуры и почв для поддержки принятия решений в сфере устойчивого развития городов на фоне глобальных изменений

РуководительВасенев Вячеслав Иванович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы", г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2025 г.

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными (33).

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-711 - Геоэкология и природопользование

Ключевые словаУрбанизация; качество жизни в городах; интернет вещей; углеродный баланса; водный баланс; изменения климата и климатические адаптации; городские почвы; городской остров тепла; городское фермерство; экосистемные сервисы и диссервисы; загрязнение почв и ремедиация загрязненных почв; рекомендации по оптимальному использованию; большие данные; машинное обучение; решения в сфере рационального природопользования

Код ГРНТИ87.03.15

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект 2019-2022 был посвящен разработке технологий для количественной и качественной оценки экосистемных сервисов (услуг) городской зеленой инфраструктуры как основы устойчивого развития урбоэкосистем. Направление устойчивого развития городских экосистем за прошедший период не только не утратило актуальность, но и значительно расширило проблематику и аудиторию. Увеличение доли городского населения, изменение климата, потери биоразнообразия и пандемия COVID-19, как один из наглядным примеров угрозы ментальному и физическому здоровью людей, - все эти и другие проблемы требуют внимания в рамках городского планирования. Зеленая инфраструктура, включая природные экосистемы, сохранившиеся в городах, критически важны не только в утилитарном смысле – для очистки воздуха, снижения шума и т. п., но также с точки зрения предоставления нематериальных услуг – эстетических, культурных, рекреационных. Их оценка и учет при планировании имеют большое значение не только для текущего состояния городов, но и для их дальнейшего развития. В рамках проекта 2023-2025 планируется перейти на новый уровень восприятия городской зеленой инфраструктуры как социально-экологической системы, т.е. системы, в которой присутствуют био-гео-физические составляющие и процессы, а также социальные акторы и институты. Таким образом, новыми задачами, на решение которых будет направлен проект 2023-2025 будут следующие: 1). Разработка универсальных комплексных подходов к оценке спроса и предложения экосистемных услуг зеленых насаждений на уровне города, основанного на совмещении данных дистанционного зондирования, краудмэппинга и методов гражданской (волонтерской) науки. 2). Анализ и моделирование спроса и предложения экосистемных услуг типовых объектов зеленой инфраструктуры на основании процессных/ балансовых подходов (биогеохимический блок) и экспертных интервью для оценки структуры принятия хозяйственно-экономических решений (социальный блок). 3). Адаптация разработанного социально-экологического подхода для поддержки принятия решений по устойчивому развитию зеленой инфраструктуры на реальных примерах (case studies), различных по масштабу, климатическим условиям, функциональному назначению и уровню обеспеченности данными. Основным результатом проекта станет междицисплинарный и разномасштабный подход к анализу и оценке экосистемных услуг городской зеленой инфраструктуры как комплексной социально-экологической системы. На уровне города подход будет основан преимущественно на дистанционных и открытых данных, что позволит адаптировать его под любой город. Апробация подхода для различной типологии городов и тестирование различных методов валидации оценок позволит оценить пределы точности оценок в зависимости от доступных данных и оценить минимальный необходимый набор данных, при котором оценки спроса и предложения экосистемных услуг зеленой инфраструктуры на уровне города имеет научную обоснованность и практический смысл. На уровне объекта зеленой инфраструктуры интеграция рамочных схем принятия решений по управлению, содержанию и уходу с данными мониторинга и численного процессного моделирования потоков энергии, воды и веществ в системе почвы (почвенные конструкции) – растения – атмосферный воздух позволит создать цифровые двойники зеленых территорий и модели для эколого-экономической оценки реализуемых экосистемных услуг. Разработанная модель позволит не только давать количественные оценки спроса и предложения экосистемных услуг, но и прогнозировать их сезонную динамику и изменения для различных сценариев (например, для альтернативных проектов развития территории или с учетом климатических изменений), что является принципиально новым результатом как для стратегических задач городского планирования, так и для развития новых фундаментальных представлений о роли зеленой инфраструктуры в устойчивом развитии городских экосистем.

Ожидаемые результаты
Анализ и количественная оценка спроса и предложения экосистемных услуг городской зеленой инфраструктуры с учетом их пространственно-временной неоднородности – новая и актуальная задача. Глобальные климатические изменения и цели достижения углеродной нейтральности, формирования комфортного микроклимата в контексте климатической адаптации, снижение загрязнения атмосферного воздуха за счет поглощения тонкой пыли, сохранение (иди оптимизация) биоразнообразия, обеспечение рекреации и сохранение ментального здоровья, в том числе в условиях ограничений COVID-19 – ключевые стратегические цели создания и развития умных устойчивых городов, достижение которых необходимы комплексные междисциплинарные и разноуровневые подходы к анализу городской зеленой инфраструктуры как сложной социально-экологической системе. Разработка такого подхода станет основным результатом реализации проекта. На уровне города универсальный комплексный подход к оценке спроса и предложения экосистемных услуг зеленых насаждений будет основан на следующих принципах: 1) систематизация и интеграция открытых источников пространственных данных; 2) разработка индикаторов и критериев оценки экосистемных услуг на основе выбранных источников; 3) приоритезация экосистемных услуг в зависимости от типа города и характеристик объектов зеленой и 4) разработка принципов верификации оценок. Принципиальной новизной по сравнению с существующими подходам станет интеграция пространственно-географических и социальных данных, их стандартизация и верифицируемость. Это позволит подбирать релевантные решения для различной типологии городов и определять минимальный необходимый набор данных, при котором оценки спроса и предложения экосистемных услуг зеленой инфраструктуры на уровне города имеет научную обоснованность и практический смысл. На уровне типового объекта зеленой инфраструктуры проект предлагает принципиально новый подход к оценке спроса и предложений на экосистемные услуги, основанный на комплексном анализе, мониторинге и процессном моделировании потоков энергии, воды и веществ в системе почвы (почвенные конструкции) – растения – атмосферный воздух, что критически важно с учетом гетерогенности и высокой динамичности урбоэкосистем. Ожидаемые результаты по оценке пространственной структуры и временной динамике потоков соответствуют наиболее современным подходам экосистемного анализа, а для городской среды являются уникальными. Данные мониторинга, полученные на основании сочетания технологий интернета вещей, цифровой почвенной картографии, дистанционного зондирования и мобильных исследований, будут использованы для калибровки и настройки моделей ENVIMET, HYDRUS 2D/3D и RomulHum, которые в совокупности позволяют дать наиболее точный прогноз изменения состояния урбоэкостемы при меняющихся климатических условиях и антропогенной нагрузке. В сочетании с анализом системы принятия решений разработанная модель позволит не только давать количественные оценки спроса и предложения экосистемных услуг, но и прогнозировать их сезонную динамику и изменения для различных сценариев (например, для альтернативных проектов развития территории или с учетом климатических изменений), что является принципиально новым результатом как для стратегических задач городского планирования, так и для развития новых фундаментальных представлений о роли зеленой инфраструктуры в устойчивом развитии городских экосистем. Непосредственные научные результаты по годам описаны ниже Ожидаемые результаты по годам Год 1 - Классификатор и база источников пространственных и социологических данных, прямо или косвенно связанных с параметрами качества городской зеленой инфраструктуры и спросом/ предложением на экосистемные услуги. - Перечень научно-обоснованных индикаторов спроса и предложения экосистемных услуг зеленой инфраструктуры на уровне города, основанные на параллельном анализе обеспеченности данными, верифицируемости, достоверности и общественной значимости. - Унифицированный подход и алгоритмы оценки спроса и предложения экосистемных услуг городской зеленой инфраструктуры на основе открытых источников и дистанционных данных и их верификации. - Сравнительный анализ спроса и предложения экосистемных услуг городской зеленой инфраструктуры городов различной типологии (мегаполисы в сравнении с малыми городами, северные города в сравнении с южными, моногорода в сравнении с многофункциональными городами) - Типизация объектов (парки, бульвары, кладбища, пустыри) городской зеленой инфраструктуры и их элементов (деревья, кустарники, газоны, вертикальное озеленение, водно-зеленые решения) как основа для оценки экосистемных услуг на основе (с учетом) пространственно-временной неоднородности потоков энергии, воды и веществ - Аналитические схемы функционирования объектов ГЗИ с учетом их содержания и ухода в разные сезоны года в различных природных и социальных условиях, основанная на данных экспертных интервью. - Пространственные базы данных и 3-D модели ключевых (1-3) объектов городской зеленой инфраструктуры, созданные на основе дистанционного зондирования (БПЛА и Worldview-3) и наземных наблюдений (подеревная съемка, наземная геодезическая съемка) как прототип цифрового двойника зеленой территории. - Сезонные ряды потоков углерода, азота, воды, пыли и легкорастворимых солей, полученные по результатам мониторинга на объектах городской зеленой инфраструктуры для параметризации моделей и оценки пространственно-временной неоднородности экосистемных услуг - Отлаженные подходы по параметризации зеленых крыш и других видов внутригородской зеленой инфраструктуры в мезоклиматических моделях. - Оценки охлаждающего эффекта от зеленых крыш для Московского мегаполиса, их сравнение с другими подходами по охлаждению городской среды (другие виды озеленения, изменения радиационных и теплофизических свойств материалов и пр.) Результаты 1-го года будут представлены на международных конференциях SUITMA 12, Wageningen Soil Conference и Urban Soil Symposium На основании результатов будут подготовлены 10 публикаций в журналах Scopus/ WoS (в том числе, не менее 3 в Q1) Год 2 - Оценки спроса и предложения экосистемных услуг зеленой инфраструктуры для представительного ряда (от 10 до 30) городов РФ - Оценки спроса на экосистемные услуги городской зеленой инфраструктуры на основе обработки данных социальных сетей методами машинного обучения - Обзор и критический анализ нормативные документов, регламентов и правил по содержанию и уходу, конкурсной документации и технических заданий договоров на содержание и уход для стационаров – объектов зеленой инфраструктуры; - Результаты экспертных интервью для анализа сложившихся практик содержания и ухода и оценке спроса на экосистемные услуги зеленой инфраструктуры; - База мониторинговых данных с устройств Tree Talker на стационарах. - Алгоритмы для оценки экосистемных услуг по данным наблюдаемых индикаторов, в том числе в режиме реального времени. - Калибровка и валидация модели ENVIMET по данным мониторинга для экспериментальных участков (сила ветра, температура воздуха, структура зеленых насаждений). - База данных по запасам и потокам углерода для настройки модели RomulHum. - База экспериментальных данных по запасам и потокам воды и растворенных веществ в слоистых почвенных конструкциях для настройки модели HYDRUS 2D/3D - Типология зеленых крыш в Москве по данным дистанционного зондирования и базам данных жилищно-коммунального хозяйства. - Описания ключевых участков и рекогносцировочные исследования для оценки спроса и предложения экосистемных услуг зеленых насаждений в экстремальных условиях - Внедрение проекта общественного мониторинга функционирования городских почв на основе метода чайных пакетиков не менее, чем в 6 регионах (общее количество точек наблюдения – не менее 50). - Результаты первичной апробации физических параметризаций зеленых крыш в выбранных мезоклиматических моделях, оценка их локального влияния на метеорологические параметры. Результаты 2-го года будут представлены на международных конференциях European GeoScience Union, Smart and Sustainable Cities и Urban Soil Symposium На основании результатов будут подготовлены 15 публикаций в журналах Scopus/ WoS (в том числе, не менее 5 в Q1) Год 3 - Обобщение и классификация типов городов по приоритетам развития экосистемных услуг - Оценка динамики потоков и запасов углерода для различных компонентов зеленой инфраструктуры. - Оценка коэффициента фильтрации и запасов доступной влаги для различных компонентах зеленой инфраструктуры и для различных входящих условий (количество осадков, система полива, тип конструкции и т.п.). - Прогноз изменения температурной комфортности, поступления и накопления тонкой пыли, баланса углерода и воды для двух альтернативных сценариев развития территории типового объекта городской зеленой инфраструктуры (текущее состояние и реконструкция). - Моделей баланса затрат и выгод от функционирования типового объекта городской зеленой инфраструктуры - Мезоклиматическая модель охлаждающего эффекта зеленых крыш (существующих и возможных в перспективе) на масштабах всего Московского мегаполиса - Оценка баланса углерода в экосистеме зеленых крыш экспериментальных участков. - Оценка динамики потоков воды в слоистых конструкциях зеленых крыш при различных входящих условиях (частота и интенсивность осадков, тип и мощность субстрата, тип растительности) с использованием модели HYDRUS - Оценка социального и образовательного эффекта от реализации проектов гражданской науки (на примере проекта общественного мониторинга функционирования городских почв методом чайных пакетиков) - Методические рекомендации по включению опыта соучаствующего проектирования и реализации проектов гражданской науки - Методические рекомендации по зеленым решениям для оптимизации различных экосистемных услуг с учетом их экономической эффективности - Методические рекомендации по использованию разработанного подхода в практике городского планирования, посвященной сбору социологических и биогеохимических данных и идентификации ключевых проблем Результаты 3-го года будут представлены на международных конференциях European GeoScience Union и Ecosystem Services Partnership На основании результатов будут подготовлены 15 публикаций в журналах Scopus/ WoS (в том числе, не менее 5 в Q1)

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---