Лаборатория физики планетарных пограничных слоев

Научные результаты:

1. Развиты новые теоретические модели самоорганизации турбулентности, когерентных структур и турбулентного вовлечения в планетарном пограничном слое при свободной и вынужденной конвекции, подтвержденные результатами натурных данных и численных экспериментов.
2. Разработан и реализован в рамках химическо-транспортной модели метод расчета эмиссий от пожаров на основе данных спутниковых измерений с учетом ослабления интенсивности инфракрасного излучения дымовым аэрозолем. Рекордная точность предложенного метода достигается за счет усвоения моделью данных наземного мониторинга загрязнения атмосферы. Эффективность метода продемонстрирована в ходе исследования эпизодов аномального загрязнения атмосферы в регионе московского мегаполиса.
3. Разработан и реализован метод измерения полей скорости воздушного потока, основанный на высокоскоростной видеосъемке внесенных в поток частиц-маркеров, освещаемых лазером непрерывного излучения. На основе измерений скорости приводного ветра с помощью данного метода предложено объяснение аномально низкого аэродинамического сопротивления поверхности океана при ураганном ветре.
4. С помощью скоростной видеосъемки выявлен доминирующий механизм генерации брызг при сильном ветре. Показано, что он связан с явлением дробления по типу «парашют», при котором вблизи гребней поверхностных волн на поверхности воды формируются и развиваются объекты, представляющие собой тонкостенные «мембраны», раздуваемые воздушным потоком, которые затем «взрываются» с образованием большого числа брызг. Полученный результат меняет современные представления о механизме генерации брызг при шторме. Построена количественная модель этого явления, в рамках которой можно развивать физически обоснованные модели переноса энергии между океаном и атмосферой при штормах, которые требуются для их прогноза. В частности, данное явление позволяет объяснить необычные особенности энергообмена атмосферы и океана при ураганном ветре.
5. В лабораторных условиях исследована зависимость от скорости ветра и турбулентного напряжения сечения обратного рассеяния микроволнового излучения Х-диапазона на прямой и перекрестной поляризации. Экспериментально изучено влияние пены на поверхности воды и дождя на рассеяние микроволнового излучения. На основе этих исследований предложен новый эффективный алгоритм определения скорости ураганного ветра по данным радиолокационного зондирования.
6. Разработан микроволновой спектрорадиометр для зондирования термической структуры тропосферы с рекордными характеристиками по диапазону высот (0–12 км), чувствительности и точности, которые достигнуты за счет оптимизации числа и расположения спектральных каналов и применения оригинального алгоритма восстановления температурного профиля.
7. Предложены уникальные методы мониторинга конвекции в атмосфере на основе наблюдений вариаций электрического поля как при грозе (по электромагнитному излучению грозовых разрядов в диапазоне сверхдлинных волн), так и в условиях хорошей погоды (по параметрам аэроэлектрических структур, наблюдаемых в пограничном слое атмосферы).

Внедрение результатов исследования:

• Разработана и запатентована многопозиционная сетевая система метеорологической радиолокации, использующая малые метеорологические радиолокаторы, оборудованные инновационными фазированными антенными решетками на массивах управляемых рассеивателей. Система предназначена для мониторинга локальных погодных условий в целях обеспечения метеозависимых видов деятельности: полетов беспилотных летательных аппаратов, выполнения сельскохозяйственных и строительных работ, проведения спортивных соревнований и других массовых мероприятий на открытом воздухе и т.п.
• Развиты комплексные методы, объединяющие новые измерительные технологии с их программной поддержкой, для совершенствования оперативной дистанционной диагностики и прогнозирования опасных быстроразвивающихся природных явлений.

Образование и переподготовка кадров:

• Подготовлены и защищены 2 докторские и 5 кандидатских диссертаций.

• Разработано и прочитано 39 лекционных курсов: «Современные проблемы геофизики», «Основы геофизической гидродинамики», «Экология: физические основы» и др.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

В ННГУ им. Н.И. Лобачевского организована кафедра физики окружающей среды и геоинформационных технологий (2016 г.).

Другие результаты:

В рамках программы Европейской комиссии ERASMUS+ реализован проект (руководитель – проф. С.С. Зилитинкевич) «Adaptive learning environment for competence in economic and societal impacts of local weather, air quality and climate (ECOIMPACT)» [«Адаптивная образовательная среда для повышения уровня знаний в области влияния локальных условий окружающей среды на общество и экономику»], 2015-2018 гг.

Сотрудничество:

Финский метеорологический институт, Университет Хельсинки (Финляндия), Исследовательский центр по окружающей среде и дистанционному зондированию имени Ф. Нансена (Норвегия), Университет имени Бен-Гуриона (Израиль), Центрально-Европейский университет в Скалице (Словакия), Российский государственный гидрометеорологический университет (Россия): совместные исследования и публикации.