СПУТНИКОВОЕ РАДИОЗОНДИРОВАНИЕ И ТОМОГРАФИЯ АТМОСФЕРЫ

Руководитель - профессор В.Е.Куницын

Группа занимается задачами дистанционного зондирования верхней атмосферы и других сред. Группой были разработаны методы спутниковой радиотомографии ионосферы, включая лучевую, дифракционную и статистическую радиотомографию. На основе развитой теории и разработанных радиотомографических методов реконструкции совместно с Полярным геофизическим институтом РАН и ИЗМИР РАН были проведены эксперименты по радиотомографии ионосферы. Впервые в мире были получены изображения локализованных неоднородностей ионосферы (дифракционная радиотомография), реконструированы радиотомографические сечения глобальной структуры ионосферы, получены спектры флуктуаций электронной плотности (статистическая радиотомография). Разработанные методы спутниковой радиотомографии открывают перспективу создания региональных и глобальной систем мониторинга околоземного пространства. В этой области группа работает в сотрудничестве с рядом зарубежных университетов и научных центров.

 
Первые в мире РТ реконструкций главного ионосферного провала.

С завершением развертывания в 1994г. глобальной навигационной системы второго поколения GPS (Global Positioning System) появился новый инструмент, который позволяет проводить измерения задержек радиосигналов непрерывно в планетарном масштабе. Это потребовало разработки нового метода, обеспечивающего анализ и интерпретацию GPS наблюдений в целях диагностики состояния ионосферы. Существенным преимуществом метода радиопросвечивания ионосферы сигналами спутников GPS является то, что он, в отличии от других методов диагностики, не требует значительных финансовых затрат. Реализация его возможностей для исследования ионосферы обеспечивается тем, что в рамках международных программ по изучению геодинамики создана обширная сеть станций IGS (International Geodynamic Service), на которых проводятся непрерывные GPS наблюдения. Наблюдения легкодоступны и могут быть получены по сети Интернет. Причем, если сеть станций по зондированию ионосферы сокращается, то число станций IGS c каждым годом увеличивается. Однако, новые постановки радиотомографических задач (четырехмерная, пространственно-временная томография ионосферы) потребовали разработки и новых методов реконструкции. Группой разработан комплес програм для вычисления глобальных распределений электронной плотности атмосферы по данным сети IGS.
Ниже приведены некоторые примеры результатов реконструкции электронной концентрации, полученные с помощью данного комплекса программ

 
Пример глобальной реконструкции. Карта вертикального полного электронного содержания.

Литература.
Радиотомография ионосферы. В.Е. Куницын, Е.Д. Терещенко, Е.С. Андреева. Изд-во ФИЗМАТЛИТ, 2007.
Ionospheric Tomography. V.E. Kunitsyn, E.D. Tereshenko. Springer, 2003
Основы экологической геофизики. Трухин В.И., Куницын В.Е., Показеев К.В. Уч. пособие, из-во М., Физический факультет МГУ, 2000.

Телефон: 939-2089

ФИЗИКА АТМОСФЕРНОГО ОЗОНА

Руководитель - доцент Кузнецов Геннадий Иванович

Масштабы использования природных ресурсов и энергопотребления, а также неконтролируемого антропогенного загрязнения стали настолько велики, что человеческое общество сталкивается с уже необратимыми изменениями среды обитания на Земле. Экологические проблемы воздушной среды, атмосферы, связанные с изменениями качества воздуха, погоды и климата определяются изменением химического состава воздуха и, прежде всего, его малых составляющих, включая аэрозоль. Ежегодно в атмосферу выбрасываются миллиарды тонн различных веществ в виде газов и аэрозолей. Концентрация этих газов в атмосфере неуклонно растет, достигнув в среднем удвоения концентраций за последние сто лет в группе парниковых газов и окислов азота. Еще быстрее (до последнего времени) росла концентрация хлорфторуглеводородов (фреонов).

'Парниковые' газы (углекислый газ, метан, двуокись азота, окись углерода) пропускают видимое солнечное излучение, но поглощают уходящее от Земли тепловое излучение, нагревая, таким образом, нижнюю часть атмосферы. В результате наблюдается изменение теплового баланса Земли и потепление климата, сопровождаемое перераспределением осадков, таянием ледников, подтоплением низинных районов, увеличением катастрофических явлений природы. Поэтому в последнее время большую актуальность приобрели проблемы изменения погоды и климата на планете, которые определяются как вариациями и трендами газового и аэрозольного состава атмосферы, так и изменениями динамики атмосферы.

 
Антарктическая 'озонная дыра' по спутниковым измерениям, 16 сентября 2000г.

Озон, являясь естественным трассером динамических процессов в стратосфере, в то же время обладает мощным радиационным потенциалом в этой области и сам влияет на стратосферную динамику. Он формирует теплую верхнюю стратосферу, защищает Землю от губительного УФ излучения, служит индикатором движений общей циркуляции атмосферы.

В лаборатории ведется широкий цикл исследований, посвященный анализу вариаций и трендов озона и других малых примесей в атмосфере, разработке эмпирических и численных моделей их пространственно-временного распределения, оценке влияния естественных гео и гелиофизических факторов на режим этих примесей. На этой основе разрабатываются методы оценки вклада антропогенных воздействий на атмосферу и формулируются рекомендации по уменьшению последствий таких воздействий.

В то же время озон в больших концентрациях в нижнем слое атмосферы является опасным токсичным газом, сравнимым по своим окислительным свойствам с сильными кислотами. Анализ и разработка соответствующих моделей режима приземного озона - еще одна из интересных и важных тем лаборатории. Уже сейчас ясно, что увеличивающиеся эпизоды притока летучих углеводородов, оксида углерода при пожарах торфяников и рост автотранспорта в Москве в последнее время - печальный факт, ведущий к увеличению эпизодов пиковых увеличений концентрации озона.

Лаборатория имеет тесные научные контакты с ИФА РАН по освоению уникального комплекса данных проекта TROICA - подвижного вагона-лаборатории, курсирующего по транссибирской магистрали Москва-Владивосток. В области исследований режима малых газовых составляющих в атмосфере группа работает в содружестве с институтом Макса Планка, Майнц, Германия.

В нашей лаборатории Вы можете найти работу на любой вкус: экспериментальные измерения и работа с приборами, статистическая обработка и анализ данных, разработка численных моделей.

Лаборатория 5-54, тел. 939-48-47, e-mail atm554@phys.msu.ru

ДИНАМИКА СРЕДНЕМАСШТАБНЫХ ПРОЦЕССОВ И ОБЛАЧНОСТИ

Руководитель - в.н.с. Кожевников Валентин Николаевич

Проблемы физики атмосферы интересны по двум причинам. Во-первых, потому что они непосредственно связаны со средой нашего обитания. Во-вторых, потому что природа атмосферных процессов столь многолика и сложна, что требует применения самых передовых методов познания- как в части инструментальных измерений, так и в части теоретических построений. Наша группа занимается изучением природных явлений, в которых важнейшими являются взаимодействие между движущейся атмосферой и неровностями земли и процессы облакообразования. Исследования ведутся теоретически и экспериментально. Полученные результаты применяются в таких задачах, как прогноз погоды и теория климата, оценка опасных очагов турбулизации, степени безовасности полетов над горами, ветроэнергетики, прогноз влияния таких процессов на стратосферный озон, сейсмические явления и др.

ВОЛНЫ И ПОЛЯ В СЛУЧАЙНО-НЕОДНОРОДНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ СРЕДАХ

Руководитель - доцент Вологдин Александр Георгиевич

Проблема пространственной эргодичности характерна для многих экспериментальных задач в природных случайно-неоднородных средах, когда возникает необходимость получения статистической информации по одной пространственной реализации. Значимость этого вопроса становится особенно ясной, если обратиться к практике решения прямых и обратных задач, связанных с распространением волн различной природы (и частоты) в атмосфере и океане. Решение проблемы пространственной эргодичности случайных полей можно существенно упростить заменой операции усреднения по объему усреднением вдоль прямой линии. Этот новый нетрадиционный подход позволяет снизить уровень сложности как математического, так и экспериментального решения вопроса. Тем самым, имеется возможность принципиально изменить подход к обработке пространственных данных натурного эксперимента.

Исследование свойств геофизических пространственных стохастических полей проводилось, как правило, по временным средним при применении гипотезы Тейлора (1938 г.). Новый подход к пространственной эргодичности позволил подтвердить гипотезу Тейлора и указать границы области ее применения в движущихся (дрейфующих) случайно-неоднородных средах.

В последнее время в группе рассмотрен ряд задач при нетрадиционном подходе к эргодичности:

Решен вопроса выбора интервала пространственного наблюдения случайного поля волн с позиции выполнения условия пространственной эргодичности.

Оценено влияние ориентации линии усреднения при решении проблемы пространственной эргодичности стохастических электромагнитных полей в природных рефрагирующих средах.

Показана возможность детального исследования пространственных статистических характеристик волн по временным измерениям случайных полей. При этом проведено исследование влияния вектора скорости дрейфа случайно-неоднородной сред (типа ионосферы) на определение этих характеристик.

Проведен анализ корреляционных свойств эйконала волны в случайно-неоднородной среде в том числе и вблизи каустики. Исследованы флуктуации группового пути и времени группового запаздывания при наклонном отражении волн от плоскослоистой среды.

В настоящее время ведутся работы по созданию экспериментальной установки по исследованию стохастических пространственных температурных неоднородностей нижней атмосферы с целью прямой проверки нового подхода к пространственной эргодичности.

Наряду с этим, в группе решаются также вопросы, связанные с теорией распространения волн в природных средах: определение статистических свойств случайных полей с использованием стохастических методов, численное моделирование коэффициентов отражения радиоволн и структуры полей в неоднородных ионосферных слоях с межслоевой долиной и другие задачи.

Комната 5-69, тел. 939-32-52

АКУСТИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ

Руководитель - с.н.с Юшков Владислав Пролетарьевич

Телефон:(495) 939-1541 и 939-2877, ком. 5-57, вторник, четверг с 12 до 20.

ГЛУБИННОЕ РАДИОЗОНДИРОВАНИЕ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ С КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Руководитель - Доцент Илюшин Ярослав Александрович

Телефон:(495) 939-3252, ком. 5-69.

На кафедре в течение ряда лет ведутся исследования в области глубинной радиолокации недр планет и комет с космических аппаратов. Радиозондирование в настоящее время является самым эффективным средством исследования внутреннего строения коры планет и их спутников. Применение радиолокатора для исследования недр планет связано с необходимостью решения ряда задач геофизики и радиофизики, таких как исследование распространения сверхширокополосных радиосигналов в неоднородных анизотропных средах с частотной дисперсией и рассеяния радиоволн на шероховатых поверхностях, моделирование электрических свойств планетного грунта и так далее. В ближайшем будущем планируется обработка данных, поступающих с действующих в настоящее время приборов, установленных на межпланетных космических аппаратах.

 
Рис. 1. Схематическое изображение эксперимента по глубинному радиозондированию.

 
Рис. 2. Радиолокационный профиль участка поверхности планеты

 
Рис. 3. Радиолокационные сигналы, отраженные от слоистых ледяных щитов

 
Рис. 4. Восстановленные значения поглощения радиоволн в среде

ЛАБОРАТОРИЯ ТЕОРИИ КЛИМАТА ИНСТИТУТА ФИЗИКИ АТМОСФЕРЫ ИМ. А.М. ОБУХОВА РАН

Руководитель - член-корр. РАН И.И.Мохов

Студенты кафедры физики атмосферы имеют возможность выполнять дипломную работу в Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН в Лаборатории теории климата. Лаборатория теории климата (ЛТК) организована в 1982 г. на базе Лаборатории энергетики планетных атмосфер (ЛЭПА), в свою очередь сформированной в 1975 г. в рамках Теоретического отдела Института. Заведующим ЛЭПА и первым заведующим ЛТК был академик Г.С. Голицын. С 1996 г. обязанности заведующего ЛТК исполняет член-корр. РАН И.И. Мохов.
В ЛТК можно выделить три основных направления исследований:

I. Моделирование земной климатической системы (ЗКС) и ее изменений

Исследование глобальных и региональных изменений климата с использованием глобальной климатической модели промежуточной сложности, разработанной в ЛТК (КМ ИФА РАН). Исследование чувствительности, устойчивости и стохастичности ЗКС на основе глобальных моделей разной степени сложности - от энергобалансовых моделей до совместных моделей общей циркуляции атмосферы и океана. Моделирование взаимодействия климатической системы с углеродным циклом Моделирование процессов формирования и деградации вечной мерзлоты.

II. Диагностика естественных и антропогенных климатических процессов и изменений

Исследование региональных изменений климата, в том числе экстремальных режимов (полярные широты, бассейны Волги и Каспийского моря, сибирских рек, аридные регионы). Диагноз регулярных циклов (от суточного и годового хода до циклов Миланковича) и квазициклические процессы (квазидвухлетняя цикличность, Эль-Ниньо / Южное колебание, Северо-Атлантическое и Арктическое колебания, циклы солнечной активности). Исследование вихревой активности в атмосфере (внетропические циклоны и антициклоны, тропические и полярные ураганы, блокинги, центры действия в атмосфере). Диагноз процессов в стратомезосфере. Развитие новых методов диагностики климатических изменений и причинно-следственных связей в ЗКС (в том числе на основе метода амплитудно-фазовых характеристик, метода циклов с использованием фазовых портретов).

III. Исследование климатических эффектов, связанных с радиационно-облачно-аэрозольным взаимодействием

Исследование облачного и аэрозольного радиационного форсинга по данным радиационно-облачно-аэрозольного мониторинга на Звенигородской научной станции. Радиационно-облачно-аэрозольное моделирование и параметризации. Анализ региональных и глобальных тенденций изменений характеристик облачности и ее радиационных эффектов по спутниковым и наземным данным и результатам моделирования.

Сектор численных исследований по физике атмосферы Гидрометцентра России

Руководитель - проф. Л.Р. Дмитриева

Студенты кафедры "Физика атмосферы" проходят практику и выполняют курсовые и дипломные работы в Гидрометцентре России, связанные с радиационной энергетикой облачной атмосферы, исследованием микрофизических свойств облаков, оценкой величины и распределения вертикальных движений в атмосфере и др.