КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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, регионФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы", г Москва

КонкурсКонкурс 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)

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