Научные "железные птицы" на службе у метеорологов.

В начале марта сотрудники Лаборатории взаимодействия океана и атмосферы ИФА РАН провели в Подмосковье испытания новых измерительных комплексов на базе беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

В испытаниях участвовало два квадрокоптера: 'грузовой' DJI Matrice 300 и более легкий и миниатюрный DJM Mavic 3 Thermal. Один был оборудован газоанализатором Sniffer 4D, акустическим анемометром, а также компактной метеостанцией для БПЛА, разработанной в ИМКЭС СО РАН (такой набор оборудования позволяет проводить одновременно мониторинг метеорологических условий (температуры и влажности, скорости ветра), а также газового и аэрозольного состава пограничного слоя атмосферы). Второй квадрокоптер выполнял съемку поверхности в видимом и тепловом диапазонах, что является важной задачей при исследовании взаимодействия атмосферы с термически неоднородными ландшафтами.

В последние годы метеорологические измерения на базе БПЛА активно внедряются в программы экспериментальных исследований ИФА РАН. За прошедшие годы сотрудниками института отработаны методики применения БПЛА для решения различных задач в области метеорологии и физики атмосферы, включая мониторинг вертикальных профилей температуры, влажности и скорости ветра, измерения в режиме “летающей метеостанции” в труднодоступных местах (например над полыньями), картирование термической неоднородности различных поверхностей.

🗻Такие измерения выполняются в различных географических условиях: квадрокоптеры летали над парящими полыньями зимних морских заливов Белого моря; принимали солнечные ванны, пролетая над пустынями Калмыкии; остужались холодными ветрами зимних городов Российский Арктики; бороздили просторы над болотами Западной Сибири и даже рассекали атмосферу во фьордах Шпицбергена. Одним из ярких результатов, полученных с использованием беспилотных летательных аппаратов, стали первые в мире измерения структуры городского пограничного слоя атмосферы в зимних условиях Арктической зоны РФ опубликованные в прошлом году в журнале Urban Climate.

То есть такой аэрозоль гораздо сильнее поглощает электромагнитное излучение, чем его «собратья», а значит — нагревает атмосферу, а не охлаждает. Например, согласно данным мониторинга дымового аэрозоля на фоновой станции сети наблюдений за аэрозолем AERONET на Аляске 10 июля 2019 в 15:45 аэрозольный радиационный форсинг на верхней границе атмосферы оказался равным +14.3 Вт/м2 (для сравнения, глобальный аэрозольный форсинг, связанный с антропогенной деятельностью, составляет около -1 Вт/м2).

Руководитель исследований, профессор Г. И. Горчаков, отмечает, что во время лесных пожаров в атмосферу выделяются смолистые вещества, которые могут конденсироваться на частицах аэрозоля, образуя своеобразные «смоляные шарики» (tar balls). Оказалось, что фракция частиц дымового аэрозоля с аномальным селективным поглощением имеет сходство с фракцией подобных «смоляных шариков». Лабораторные эксперименты ранее показывали возможность образования такой фракции аэрозолей с сильным оптическим поглощением. Теперь ученые такие аэрозоли нашли и по данным наблюдений.

Возможно также, что в образовании такого аэрозоля свою роль сыграла и долгая засуха, которая предшествовала пожарам. Например, в Анкоридже на Аляске до июня 2019 года почти каждый день в течении двенадцати месяцев наблюдалось сильное превышение климатической нормы, что в итоге привело к сильной засухе в начале лета и формированию экстремальных пожаров. Но эта гипотеза требует дальнейшей проверки. Обнаруженный учеными ЛОМА эффект необходимо учитывать в климатических моделях. При потеплении климата частота появления аномального поглощающего дымового аэрозоля при массовых пожарах в бореальных лесах может заметно увеличиться.

Картинка-схема: Institut für Methodik der Fernerkundung (IMF) im DLR

«Ядерная зима»: от гипотезы к ответственной политике.

🕰 Начиная с конца 80-х годов XX века одной из основополагающих тем научных дебатов стало обсуждение глобальных последствий ядерной войны. Именно тогда появилась гипотеза «ядерной зимы», в рамках которой ученые пытались проанализировать теоретическую возможность резкого похолодания на Земле после массовых пожаров и найти природные аналоги потенциальной климатической катастрофы. В последующие десятилетия гипотеза «ядерной зимы» проходила разные этапы критики и переоценки.
К началу 2000-х гг. исследования проблематики стали носить региональный характер и были посвящены преимущественно возможным последствиям локальных ядерных конфликтов (например, между Индией и Пакистаном).

Ещё в 80-х годах учёные высказали предположение, что из-за возникающих в результате ядерного воздействия множественных пожаров сажа закроет от солнечного света значительную часть планеты на многие месяцы: на Земле станет темно, наступит «ядерная ночь», что приведет к остановке сельскохозяйственной деятельности и напрямую повлияет на возможности воспроизводства продуктов питания в Северном полушарии. Одновременно с этим в Институте физики атмосферы АН СССР под руководством А.М. Обухова были проведены расчеты на простейшей модели климатической системы, выполнены эксперименты по оценке оптических свойств дымов, образующихся при сжигании различных материалов, проанализированы возможные природные аналоги «ядерной зимы».

🧾 Первые расчеты феномена «ядерной зимы» были выполнены в Вычислительном центре АН СССР с помощью численной модели циркуляции атмосферы и океана, основанной на работе В.В. Александрова, что позволяло рассчитывать климатические изменения на поверхности Земли. На базе этой модели группа ученых под руководством Ю.М. Свирежева и А.М. Тарко провела оценку экологических последствий полномасштабной ядерной войны. Главный вывод, к которому они пришли, состоял в том, что нарушение биохимических циклов Земли приведет к уничтожению лесов и их замещению травяной и болотной экосистемой, что критически повлияет на стабильность всей биосферы и ее способность смягчать климатические колебаний.

Мы поговорили с ученым, который на протяжении многих лет является участником исследований гипотезы "Ядерной зимы" – д.ф.-м.н., заведующим Лабораторией математической экологии Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН Гинзбургом Александром Самуиловичем (продолжение в следующем посте).