В декабре 2012 года созданная в ННГУ им. Н.И. Лобачевского Лаборатория физики планетарных пограничных слоев успешно завершила второй год выполнения проекта «Взаимодействие атмосферы, гидросферы и поверхности суши: физические механизмы, методы мониторинга и контроля планетарных пограничных слоев и качества окружающей среды» в рамках программы государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских вузах (программы мегагрантов). Основная цель проекта – комплексное исследование динамических процессов в пограничных слоях атмосферы и гидросферы Земли, от развития теории, физических и численных моделей таких процессов до разработки и апробации в натурных условиях новых методов и технических средств их дистанционной диагностики. Особая актуальность проекта обусловлена в первую очередь тем, что планетарные пограничные слои (ППС) являются чувствительным индикатором как разнообразных антропогенных воздействий на окружающую среду, так и наблюдаемых в последние десятилетия климатических изменений.
Коллективом Лаборатории, объединяющим под руководством ведущего ученого проф. С.С. Зилитинкевича (Финский метеорологический институт) около 60 специалистов из ННГУ, ИПФ РАН, НИИИС, Верхне-Волжского управления Росгидромета, Геофизической обсерватории «Борок» ИФЗ РАН, Университета им. Бен-Гуриона (Израиль), Нансеновского центра по исследованию и дистанционному зондированию окружающей среды (Норвегия), получено большое количество новых результатов, которые отражают современный мировой уровень исследований по тематике проекта. Среди основных результатов в 2012 году:
– разработка новой теоретической модели процессов самоорганизации турбулентных потоков в ППС в условиях свободной и вынужденной конвекции; разработка методики оперативного мониторинга ППС на высотах до 1 километра с высоким временным (до 5 мин) и пространственным (до 50 метров) разрешением с помощью метеорологического температурного профилографа (при формировании архива данных использовался профилограф МТП-5 российского производства);
– разработка и реализация в лабораторных условиях современного метода измерения поля скорости воздушного потока над взволнованной водной поверхностью с использованием оптической цифровой анемометрии (Particle Image Velocimetry), что позволило провести серию измерений в широком диапазоне эквивалентных (для стандартной высоты 10 метров в натурных условиях) скоростей ветра от 10 до 40 м/с и получить средние профили скорости воздушного потока в условиях интенсивного обрушения волн и генерации брызг, характерных для морских штормов и ураганов;
– установление (на основе анализа данных серии натурных измерений электромагнитного излучения грозовых разрядов и вариаций электростатического поля) важной роли конвекции для генерации атмосферного электричества и разработка томографического метода мониторинга конвективных структур в приземном слое атмосферы, что позволило подготовить рабочую программу будущих экспериментов, нацеленных на диагностику когерентных аэроэлектрических структур и создание системы регионального мониторинга грозовой активности;
– разработка и создание основных аппаратных блоков макета спектрорадиометра нового поколения для дистанционного мониторинга термической структуры тропосферы;
– разработка архитектуры, создание и климатические испытания прототипа распределенной сенсорной сети на основе беспроводных датчиков, предназначенной для проведения мониторинга состояния атмосферы и соприкасающихся с ней сред; разработанное программное обеспечение позволяет осуществлять сбор информации с узлов сети на базовую станцию в автоматическом режиме, через web-интерфейс управлять функциями узлов сенсорной сети и конфигурацией каналов их связей между собой и с базовой станцией, а также представлять собранные базовой станцией данные для дальнейшей обработки;
– разработка метода и создание бортовой оптической системы для исследования характеристик приводного ветра по оптическим пространственно-временным изображениям морской поверхности; разработка оригинального алгоритма их обработки для количественной оценки размеров областей поверхности, занимаемых обрушениями ветровых волн и пеной при различных метеоусловиях, и его апробация в ходе экспедиции на научно-исследовательском судне «Академик Сергей Вавилов» в Атлантическом океане (12.10.2012 – 20.11.2012);
– количественный анализ на основании данных серии натурных экспериментов, в том числе подспутниковых, влияния органических поверхностно-активных веществ и взвешенного вещества (фитопланктона) в верхнем слое природных водоемов на формирование картины ветрового волнения в диапазоне коротких волн, что является физической основой для совершенствования дистанционных радиолокационных методов зондирования экологического состояния водоемов.
Полученные в течение 2012 года результаты опубликованы сотрудниками Лаборатории в 49 статьях в реферируемых научных журналах, среди которых 28 статей в ведущих международных журналах по тематике проекта (Geophysical Research Letters, Journal of Geophysical Research, Atmospheric Chemistry and Physics, Climatic Change, Physical Review E, Physics of Fluids и др.), представлены в 117 докладах на профильных конференциях, в том числе, 54 докладах на международных конференциях.
В 2012 году сотрудниками Лаборатории защищена 1 докторская и представлена к защите 1 кандидатская диссертация, защищены 9 выпускных квалификационных работ магистров и специалистов. В настоящее время в выполнении исследований по проекту принимают участие 10 аспирантов ННГУ и ИПФ РАН, а также 5 студентов очной формы обучения.
