Сотрудник Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН и Томского государственного университета Александр Коношонкин стал лауреатом гранта Президента РФ для молодых ученых в области наук о Земле, экологии и рационального природопользования с проектом, посвященным исследованию перистых облаков.
Они формируются на высоте 8–12 километров и почти не видны с поверхности планеты, первыми встречают поток солнечного света и состоят из небольших кристаллов льда, за что получили еще одно название — кристаллические. Причем, частицы способны отражать лучи обратно (словно маленькие зеркала) и очень часто ориентированы в облаке одинаково, так что действуют как одно большое, существенно меняя количество солнечной энергии, поступающей на Землю.
Единственный оперативный и доступный способ изучить состав облаков — наблюдать за рассеянным на них светом. Моделировать последний можно, только зная структуру первых. «Замкнутый круг, — отмечает специалист. — Для ледяных частиц никаких теорий до сих пор не создано, в отличие от жидкокапельных (в их случае задача была выполнена немецким физиком Густавом Ми)». Тем не менее, решить эту проблему важно для того, чтобы научиться составлять наиболее точные прогнозы погоды, хотя и сами облака представляют большой интерес.
«Поведение» кристаллов льда, из которых они состоят, во многом определяет количество тепла в атмосфере Земли. Поэтому необходимо исследовать микрофизические параметры: размеры частиц, их ориентацию в пространстве, температуру, плотность.
Один из подходов предлагают американские специалисты: при изучении рассеяния света на кристаллах идет упор на уравнения Максвелла. Однако это не позволяет производить расчеты для крупных объектов, максимальная частица, для которой удалось найти решение с помощью такого метода — десятки микрон.
«В облаках же кристаллы очень многообразны, их размеры варьируются от десятков до десятков тысяч микрон, — поясняет Александр Коношонкин. — Поэтому мы используем численное решение задачи, полученное в приближении физической оптики. Этот способ, основанный на алгоритме трассировки пучков, разработан нами и позволяет выполнять расчеты для частиц от 30 микрон и более. Сама идея была предложена томским ученым А.А. Поповым еще в 1984 году и с тех пор развивалась. В последние годы такой подход разрабатывают и американские коллеги, но мы приступили к этой теме раньше и имеем определенное преимущество в методике».
«Сегодня в России над этой задачей работает группа ученых, объединяющая теоретические исследования, которые ведутся в ИОА СО РАН под руководством профессора, доктора физико-математических наук Анатолия Георгиевича Борового, с практическими наблюдениями на уникальном поляризационном лидаре ТГУ, проводимыми коллективом ученых, возглавляемом профессором Игнатием Викторовичем Самохваловым, а также на двухволновом лидаре ИОА СО РАН, проводимые под руководством ведущего научного сотрудника института кандидата физико-математических наук Юрия Степановича Балина. В этой группе я и состою».
Определение параметров идет с помощью специальных инструментов — лидаров (наземных и космических) — и является важной задачей атмосферной оптики. Собственно, это и лежит в основе проекта Александра Коношонкина, нацеленного на решение теоретической задачи — построения модели рассеяния света на кристаллах перистых облаков для случая их зондирования сканирующим поляризационным лидаром.
«Теоретическая работа тесно переплетается с экспериментальными наблюдениями, мы непрерывно сопоставляем расчетные значения с реальными измерениями, это вовремя останавливает нас, если пошли по ложному пути, — комментирует Александр Коношонкин. — Проводимый опыт, в свою очередь, базируется на результатах исследований. В частности, замеченная нами угловая зависимость теоретически рассчитанной матрицы рассеяния стимулировала изготовление Юрием Балиным в ИОА СО РАН нового сканирующего лидара. В этом году результаты совместной работы вошли в список важнейших достижений Сибирского отделения по физике. Мы уверены, что созданная нами модель позволит усовершенствовать прогнозы погоды и ответит на некоторые вопросы, связанные с изменениями климата на планете».
По материалам Татьяны Гавриловской, ИОА СО РАН
Фото предоставлено институтом
