У апатитского Академгородка к 2025 году появится цифровой двойник

Лето 2023 года коллектив кандидата биологических наук Марии Корнейковой посвятил работе не только над новым проектом, поддержанным грантом Российского научного фонда, но и продленному еще на два года проекту РНФ «Смарт технологии мониторинга, моделирования и оценки экосистемных сервисов зеленой инфраструктуры и почв для поддержки принятия решений в сфере устойчивого развития городов на фоне глобальных изменений». Проект, которым руководит кандидат биологических наук Вячеслав Васенев, реализуется с 2019 года. В нем принимают участие ученые из Центра Смарт технологий устойчивого развития городской среды в условиях глобальных изменений Российского университета дружбы народов, Полярно-альпийского ботанического сада-института, Института проблем промышленной экологии Севера и Лаборатории природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики Кольского научного центра.

Зеленая инфраструктура – как сохранившиеся в городах участки природных экосистем, так и специально созданные новые зеленые островки – важна для горожан и в материальном, и в нематериальном качестве, то есть и для очистки воздуха или снижения шума, и для отдыха, культурных развлечений или в эстетическом смысле. Важно правильно оценить их значимость и учитывать ее при планировании дальнейшего развития городов. С 2019 по 2021 год ученые разрабатывали технологии оценки экосистемных сервисов городской зеленой инфраструктуры как основы устойчивого развития городских экосистем, а в ближайшие два года проект выйдет на новый, социально-экологический уровень. Теперь зеленая городская инфраструктура будет рассматриваться как система, в которой присутствуют и био-гео-физические, и социальные составляющие. Научный коллектив займется созданием цифрового двойника апатитского Академгородка.

– Мы планируем создать цифровые двойники отдельных объектов в разных городах. Первым будет двойник кампуса РУДН в Москве, где мы измеряем много параметров: дыхание почвы, поглощение пыли листьями разных пород деревьев, водный баланс и многое другое, – рассказывает Мария Корнейкова. – Впоследствии эти параметры будут использованы для создания моделей и разработки рекомендаций по созданию зеленой инфраструктуры, отвечающей разным «заказам». Например, от жителей Екатеринбурга поступил запрос на подбор таких видов деревьев, которые бы в наименьшей степени провоцировали поллиноз (аллергию на пыльцу) у городских жителей и даже помогали с ним бороться. В апатитском Академгородке мы продолжаем измерять эмиссию диоксида углерода и оценивать физиологическое состояние деревьев, включая их способность депонировать углерод, с помощью уже размещенных на деревьях датчиков – три-токеров. В этом году мы увеличили количество точек измерения эмиссии диоксида углерода (с десяти до 32) и добавили для измерения новые параметры (чистый экосистемный обмен и другие) с целью оценить влияние на эти показатели разных факторов – рельеф, тип зеленых насаждений, плотность посадки и так далее. К мониторингу подключили еще один вид оборудования под названием лаиметр, который определяет индекс листовой поверхности. Это необходимо нам для расчета поглотительной способности листьев деревьев.

Цифровые двойники разных элементов городской инфраструктуры позволят интегрировать рамочные схемы принятия решений по управлению, содержанию и уходу с данными мониторинга и моделирования потоков энергии, воды и веществ в системе «почвы – растения – атмосферный воздух» создать модели для эколого-экономической оценки экосистемных услуг и прогноза их сезонной динамики и изменений для разных возможных сценариев. Например, для альтернативных проектов развития территории или с учетом климатических изменений. Такое моделирование станет принципиально новым результатом для стратегических задач городского планирования и развития новых фундаментальных представлений о роли зеленой инфраструктуры в устойчивом развитии городских экосистем.

Если упростить подход, можно сказать, что сначала ученые проведут измерения разных параметров, затем проанализируют их и создадут математическую модель городской зеленой инфраструктуры. Затем с помощью серии экспериментов она будет скорректирована, а затем, разобравшись, как все работает, проект выйдет на уровень практических рекомендаций. Новыми задачами станут разработка универсальных комплексных подходов к оценке спроса и предложения экосистемных услуг зеленых насаждений на уровне города, основанная на совмещении данных дистанционного зондирования, краудмэппинга и методов гражданской науки, анализ и моделирование спроса и предложения экосистемных услуг типовых объектов зеленой инфраструктуры для оценки структуры принятия хозяйственно-экономических решений и адаптация разработанного социально-экологического подхода для поддержки принятия решений по устойчивому развитию зеленой инфраструктуры на реальных примерах разного масштаба, разных климатических условий и разного функционального назначения.

– Этот проект сильно ориентирован на социальную составляющую, – отмечает Мария Корнейкова. – В частности, с нашей администрацией работала социолог Анастасия Константинова. Ее задачей было понять, какие проблемы волнуют жителей нашего города на разных уровнях. Основываясь на ответах горожан как социальном запросе и мониторинге Академгородка как биологической системы, мы сможем подойти к анализу и оценке экосистемных услуг городской зеленой инфраструктуры как комплексной социально-экологической системы, адаптируя их под любой город. Применяя этот подход в разных городах, можно будет оценить пределы точности оценок в зависимости от доступных данных и понять, при каком минимальном наборе данных наши оценки и предложения будут иметь научную основу и практический смысл. Это достаточно новая и интересная идея, и мы надеемся, что удастся ее реализовать.

.