Лаборатория физики климата и окружающей среды

Научные результаты:

1. Предложен оригинальный метод решения обратной задачи дистанционного зондирования атмосферы для определения относительной концентрации изотопологов водяного пара в атмосферном столбе с использованием ИК-Фурье спектрометров высокого разрешения наземного базирования.
2. Накоплены временные ряды уникальных данных наземных измерений in situ изотопических трассеров водного цикла в приземном слое атмосферы за период 2012-2020 гг. для задач верификации/валидации современных моделей общей циркуляции атмосферы в субарктических и Арктических регионах Западной Сибири (55-70 с.ш.; 55-90 в.д.). 
3. Показано, что современная версия Европейской модели общей циркуляции атмосферы ECHAM хорошо воспроизводит наблюдаемый температурный режим атмосферы и характеристики атмосферного гидрологического цикла в Западной Сибири как в прошлом (последние 50 лет), так и настоящем, и перспективна для использования в полной климатической модели при моделировании климата будущего в Арктических регионах.
4. Путем сравнительного анализа результатов спутникового и наземного зондирования атмосферы определена амплитуда сезонного цикла концентрации углекислого газа в атмосфере Урала и Западной Сибири, характеризующая относительно высокую мощность фотосинтеза региональных экосистем.
5. Накоплены временные ряды данных измерений вертикальных профилей температуры и влажности, а также глубины сезонного протаивания активного слоя в зоне вечной мерзлоты на ключевых участках в тундре и лесотундре в Ямало-Ненецком регионе за период 2012-2020 гг.
6. Показано, что новый модуль ORCHIDEE модели общей циркуляции атмосферы LMDZ-iso для описания теплового обмена в системе «атмосфера-поверхность» удовлетворительно воспроизводит наблюдаемые вертикальные профили температуры в активном слое в зоне вечной мерзлоты на ключевых участках в Ямало-Ненецком регионе.
7. Предложены пионерский метод и алгоритм решения обратной задачи гиперспектрального спутникового зондирования атмосферы для определения вертикальных профилей концентрации оптически активных газов с одновременным использованием атмосферных спектров теплового и ближнего ИК-диапазонов высокого разрешения.

Внедрение результатов исследования:

• Разработано оригинальное программное обеспечение FIRE-ARMS (Fine InfraRed Explorer for Atmospheric Radiation MeasurementS) для решения прямых и обратных задач переноса инфракрасного диапазона (теплового и ближнего ИК) в атмосфере. Программное обеспечение FIRE-ARMS применяется для решения обратных задач зондирования атмосферы с использованием данных современных ИК-Фурье спектрометров высокого разрешения спутникового базирования таких как: европейский IASI на спутнике METOP, японский TANSO/FTS на спутнике GOSAT и др.
• Разработан оригинальный макет полезной нагрузки на БПЛА для мониторинга пограничного слоя атмосферы. Макет апробирован на Уральской атмосферной станции в Коуровке (Россия). 

Образование и переподготовка кадров:

• По инициативе лаборатории в департаменте Наук о Земле и Космосе Института естественных наук Уральского федерального университета подготовлена образовательная программа и лицензирована новая специальность - «Гидрометеорология».
• Сотрудниками лаборатории разработаны и читаются курсы: «Физика и химия атмосферы», «Атмосферные аэрозоли», «Физика климата и окружающей среды», «Высокопроизводительные вычисления», «Компьютерное моделирование атмосферных процессов».
• 7 молодых сотрудников лаборатории прошли стажировку в ведущих Европейских и Японских научных центрах: Лаборатория наук о климате и окружающей среде Института Пьера Симона Лапласа (Франция), Институт полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера, Институт физики окружающей среды Бременского университета (Германия), Институт исследования атмосферы и океана Токийского университета (Япония).
• Подготовлены и защищены 3 кандидатские диссертации.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

• В тундре и лесотундре Ямало-Ненецкого региона выбраны и оборудованы ключевые участки для проведения непрерывного мониторинга вертикальных профилей температуры и влажности активного слоя в зоне вечной мерзлоты, а также сезонных измерений глубины протаивания активного слоя. Мониторинг ведется с лета 2013 г.
• Организованы 2 стационарных пункта российского сегмента международной Пан-Арктической инновационной сети мониторинга изотопических трассеров атмосферного гидрологического цикла: в г. Лабытнанги (работает с лета 2013 г.) и в г. Игарка (работает с лета 2015 г.).
• Лаборатория включена в состав нового структурного подразделения Уральского федерального университета - карбоновый полигон «Урал-Карбон», организованный в 2021 г.

Другие результаты:

• Получен совместный грант РФФИ и Японского общества продвижения науки (2016-2017 гг.).

• Получен грант РНФ (2018–2020 гг.).

• Лаборатория включена от Уральского федерального университета в международный консорциум. Проект «Система наблюдения для мониторинга и верификации парниковых газов» данного консорциума получил финансовую поддержку от Евросоюза в рамках программы Горизонт 2020 (Horizon 2020) на период 2018-2019 гг.

Сотрудничество:

Лабораторией подготовлено соглашение между Институтом естественных наук и математики Уральского федерального университета и Институтом исследования атмосферы и океана Токийского университета (Япония) на пятилетний период, начиная с ноября 2018 г., в рамках которого проводятся совместные исследования, обмен молодыми сотрудниками, проведение совместных семинаров.