#ифа_экспедиции #ифа_лаборатории
🚢 23 июня 2024 г. из порта Мурманска в арктическую экспедицию вышел флагман российской академического научного флота «Академик Мстислав Келдыш» (95-й рейс). Экспедицию, организованную Институтом океанологии РАН, возглавляет академик М.В. Флинт. Среди участников был, в частности, сотрудник атмосферы ИФА РАН, ведущий инженер Лаборатории газовых примесей (ЛГПА) Андрей Медведев.

Экспедиция проводилась в рамках программы «Экосистемы морей Сибирской Арктики – 2024: климатические процессы в Карском море, связанные со сходом сезонного ледового покрытия и весенним стоком Оби и Енисея». Основная задача экспедиции состояла в исследовании физических, биологических, гидро- и геохимических процессов, в период схода сезонного льда, и их роли в годовом цикле арктических экосистем. 🕰️ В июне этого года, районы основных работ экспедиции – Баренцево и Карское моря – в целом характеризовались тяжелыми и неблагоприятными для судоходства ледовыми условиями (фото1,2).

⚗️В ходе экспедиции проводились непрерывные автоматизированные измерения концентраций оСH4, CO2, H2O, CO, O3 а также изотопной сигнатуры δ13СCH4, метеорологических и навигационных параметров с использованием интегрированного приборного комплекса, разработанного и созданного в ЛГПА руководителем работ по автоматизированным комплексам с.н.с. И.Б. Беликовым и м.н.с. В.А.Белоусовым (фото 3). Обеспечение наблюдений на судне осуществлял вед. инж. А.П. Медведевым.

(продолжение⬇️)

#ифа_лаборатории

Турбулентность ясного неба и проект DELICAT
Мы продолжаем рассказывать про лаборатории ИФА РАН и их деятельность, и сегодня речь пойдет о таком явлении, как турбулентность ясного неба, а также о проекте DELICAT, направленном на ее изучение.

Лаборатория турбулентности и распространения волн (ЛТРВ) Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН с 2009 по 2014 год принимала участие в проекте DELICAT (Demonstration of Lidar based Clear Air Turbulence detection) в рамках Европейской рамочной программы FP7, направленной на изучение турбулентности ясного неба (ТЯН). Руководителями группы выступали сотрудники Института А.С. Гурвич, а затем М.Е. Горбунов.

🛩 ТЯН возникает на высотах более 5 км при ясной погоде или при наличии облаков верхнего яруса и не обнаруживается ни визуально, ни метеорадарами. С 1990 года отмечается рост числа турбулентных событий относительно числа полетов примерно в полтора раза. В 40% случаев это турбулентность ясного неба. Считается, к росту интенсивности ТЯН приводят глобальные изменения климата.
...

#ифа_лаборатории

Изучение атмосферной турбулентности является одним из ключевых направлений исследований Института физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН. В 50–70 гг. прошлого века был поставлен ряд экспериментов по изучению турбулентности в приземном слое атмосферы, которые стали основой современной теории турбулентности.

В настоящее время данные натурных измерений активно используются для разработки новых более точных параметризаций подсеточных процессов в численных моделях циркуляции атмосферы.
😖 Многоточечные измерения компонент скорости ветра и температуры — один из популярных современных методов исследования субмезомасштабных структур атмосферного пограничного слоя (АПС). Значительный опыт многоточечных наблюдений накоплен в течении 60 лет на базе ИФА РАН в Цимлянске.

⏳ С 2012 по 2022 года сотрудниками Радиоакустической лаборатории (РАЛ) ИФА РАН на базе в Цимлянске проводились эксперименты по многоточечному измерению направления ветра и температуры. 🚩Для измерений использовались 12 флюгеров с пространственным шагом от 1 до 50 м, закрепленных на вершинах двухметровых штанг. В 2018 и 2019 гг. на некоторых штангах помимо флюгеров были установлены малоинерционные термометры. В качестве калибровки термометров и флюгеров использовался акустический анемометр. Многоточечные измерения направления ветра позволяют оценить размеры и форму вертикальных вихрей (к ним относятся торнадо и «пыльные дьяволы») по величине пространственных радиусов корреляции. Кроме того, они позволяют увидеть, как распределены в пространстве области с различными направлениями ветра, что также непосредственно связано с размерами вихрей. 🧾 Основные выводы проведённых экспериментов представлены в работах [1], [2].

📍 В полевом сезоне 2023 - 2024 года в Республике Калмыкия была опробована новая система регистрации для изучения мезо- и субмезомасштабных процессов в пограничном атмосферном слое. Ранее все датчики измерительного комплекса были связаны с системой регистрации по проводам, что существенно ограничивало масштаб измерительной площадки, до нескольких сотен метров. Для новых экспериментов было изготовлено 10 автономных метеостанций, каждая из которых регистрировала направление ветра (флюгер на датчике угла MAB22A), скорость ветра (датчик Wind Sensor Rev. P компании Мodern Device), температуру и влажность (датчик DHT22). Контроллером в метеостанции послужила плата Arduino Nano. Метеостанции устанавливались в линию вдоль направления "север - юг". Расстояние между соседними комплексами составляло 500 м, что позволило охватить участок шириной 4,5 км. Данные со всех датчиков в текстовом формате записываются на карту памяти microSD один раз в секунду. Текущие дата и время, показания всех датчиков и напряжение на аккумуляторе в реальном времени выводятся на небольшой OLED дисплей, что облегчает контроль работы каждой станции.

✅ Автономность и относительная дешевизна метеостанций позволяет использовать их для изучения воздушных потоков в горах, прибрежных зонах и на равнинах; сопутствующих измерений при изучении атмосферной турбулентности; проверки результатов компьютерного моделирования.

Рис. 1. Метеостанция в точке измерений.
Рис. 2. Блок сбора данных
Рис. 3. Сверка и калибровка метеостанций в полевых условиях

🏝Опустыненные территории как основной источник минерального пылевого аэрозоля в атмосфере

#ИФА_лаборатории

⏳Пылевой аэрозоль в атмосфере играет важную роль в климатических, биологических и экологических процессах, происходящих на нашей планете. Начиная с 2006 года, Лаборатория оптики и микрофизики аэрозоля (ЛОМА) Института физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН проводит экспедиции на опустыненные территории Астраханской области. С 2010 года измерения проводятся на песчаной отмели вблизи реки Волга, которая характеризуется достаточно большими горизонтальными размерами (примерно 0.5х1.5 км2) и достаточно гладкой поверхностью, позволяющей изучать генерацию частиц аэрозоля и сопутствующие процессы в невозмущенном воздушном потоке.

🔬За эти годы были спроектированы и изготовлены комплексы приборов для проведения измерений в полевых условиях:
1️⃣ Четырехканальный фотоэлектрический счетчик сальтирующих частиц для измерения вертикальных профилей концентрации сальтирующих частиц, распределения сальтирующих частиц по размерам и их зависимостях от горизонтальной компоненты скорости ветра, величины пороговой скорости ветра (минимальной скорости ветра, при которой начинается процесс сальтации) [1].
2️⃣ Комплекс приборов для измерений электрических параметров ветропесчаного потока, при помощи которого были получены данные об удельном заряде сальтирующих песчинок и его эмпирическая функция распределения [2],[3].
3️⃣ Высотная мачта, с попарно размещенными на ней аэрозольными счетчиками и акустическими ультразвуковыми метеостанциями на уровнях 1.5, 3 и 6 метров применяется с целью изучения турбулентных характеристик атмосферы и определения вертикальных турбулентных потоков минерального пылевого аэрозоля [4],[5]. Получены зависимости показателей степени аппроксимирующих функций от высоты. Обнаружено существенное снижение вклада генерируемой компоненты аэрозоля в суммарное распределение частиц аэрозоля по размерам с увеличением высоты.

💨С целью получения новых данных о процессе выноса пылевого аэрозоля с опустыненных территорий в августе-сентябре 2024 года ЛОМА организовала очередную экспедицию в Астраханскую область на песчаную поверхность вблизи реки Волга. Проведены измерения дифференциальных счетных концентраций частиц аэрозоля (счётные концентрации частиц нескольких диапазонов размеров) на четырех уровнях высоты, турбулентных пульсаций трех компонент скорости ветра и температуры воздуха, метеорологических характеристик, концентрации сальтирующих частиц, а также электрических параметров приповерхностного слоя атмосферы с целью изучения механизма генерации аэрозоля ветропесчаным потоком. Рассчитаны эмиссии минерального аэрозоля с песчаных опустыненных территорий, оценки вертикальных турбулентных потоков аэрозоля в конвективных условиях. Одновременно с этим исследованы взаимосвязи электрических процессов и сальтации алевритовых и песчаных частиц на подстилающей поверхности.

⚛️Предварительный анализ данных измерений 2024 г. электрических характеристик приповерхностного слоя атмосферы выявил, что модуль плотности электрического тока, обусловленного переносом заряженных частиц пылевого аэрозоля, в слое сальтации убывает с высотой примерно в 3 раза быстрее, чем над слоем сальтации.

Фотографии предоставлены сотрудниками лаборатории.