«Облака – белогривые лошадки, облака, что вы мчитесь без оглядки», – пела Клара Румянова в добрейшем детском мультике, приглашая малышей в увлекательное путешествие по голубому небу на огромных воздушных перинах. С древности, наблюдая за этими дивными образованиями, человек пытался предсказывать погоду. Современные исследования облачного покрова Земли ведутся специалистами в области физики атмосферы.

Неизвестные «перышки»

Особое внимание ученые уделяют перистым облакам, которые располагаются на расстоянии 11–12 километров от поверхности Земли и относятся к облакам верхнего яруса. Состоящие из кристаллов льда, они способны к быстрому изменению своего положения в пространстве. В зависимости от ориентации кристаллов изменяется количество солнечной энергии, поступающей в атмосферу Земли, а значит, перистые облака напрямую влияют на погоду и климат планеты.

– В настоящее время прогноз погоды, расчет радиационного баланса и климатических характеристик осуществляются с использованием численных методов на основе разработанных учеными математических моделей. И чтобы модель работала четко, нужно знать все ее параметры. А многие особенности перистых облаков остаются пока неизвестными, отсюда такой интерес к ним, – рассказывает заведующий лабораторией атмосферной радиации Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН доктор физико-математических наук Александр Коношонкин. – Они далеки, сложны по составу. К примеру, если мы говорим про обычные кучевые облака, то в них преобладают сферические частицы – любимая математиками фигура, с которой легко работать. А когда заходит речь о перистых, кристаллических, облаках, возникают сложности. Согласитесь, не так-то просто слетать на 11 километров и посмотреть, что там, наверху, происходит.

Рассчитанная модель

По словам ученого, кристаллические частицы способны отражать лучи, как маленькие зеркала. Часто они ориентированы в облаке одинаково, поэтому выступают как одно большое зеркало, существенно изменяя количество солнечной энергии, поступающей на Землю. Единственный оперативный и доступный способ изучить состав облаков – наблюдать за рассеянным на них светом. Александр Коношонкин выдвинул гипотезу о том, что обычный вертикально ориентированный лидар (активная оптическая система дистанционного зондирования, использующая лазерный импульс для получения информации об изу­чаемых объектах и явлениях) не увидит ориентации кристаллов. Александр предложил сканировать облака под углом в несколько градусов относительно вертикали; предложенный им проект лидарного исследования перистых облаков позволит в будущем строить более точные прогнозы погоды, а также объяснять и предсказывать климатические изменения во всем мире.

– Журналисты и политики всё чаще говорят о глобальном потеплении, а сибиряки думают, что, как только температура поднимется градусов на десять, так мы сразу будем выращивать бананы. Но климатические изменения происходят по-другому: нарушаются региональные процессы – где было тепло, стало холодно, где было влажно, стало сухо, – поясняет ученый. – Например, на Байкале, где я родился, раньше шли обильные дожди, это был плодородный край. Но за счет небольшого изменения климата – потепления всего лишь на полградуса – туда пришла засуха, все чаще случаются обширные пожары, высыхают поля. Моя работа связана как раз с созданием объемных моделей, которые охватывают весь земной шар, поэтому мы нуждаемся в полноценных данных о перистых облаках.

Модель, разработанная молодым исследователем, позволяет обрабатывать результаты лидарных измерений таким образом, чтобы получать информацию о размерах, ориентации, количестве кристаллов в облаках.

– Сначала мы изучали кристаллы – шестигранные призмы правильной формы, затем обратили внимание на неидеальные, так как при изменении формы кристалла даже на один градус качественно меняются характеристики рассеяния света. Это позволило точнее интерпретировать лидарные данные, – отмечает Александр.

По наблюдениям ученых, форма кристаллов зависит от погодных условий. Например, при минус 40 °C в верхних слоях атмосферы могут рождаться пластинки, а при минус 60 °C – столбики. Оказывают влияние и климатические условия: например, в Томской области среди других форм преобладают пластинки, а в Японии – столбики. Для каждого типа кристаллов, их плотности и ориентации в пространстве характерны свои оптические эффекты. Знание этих свойств и помогло построить модель рассеяния света перистыми облаками при лазерном зондировании.

– Но главная наша задача сегодня – избавиться от неопределенностей в математической модели, – делится ближайшими планами исследователь. – Как только мы научимся интерпретировать данные лидара, так, я думаю, специалисты смогут точнее прогнозировать изменения климата, например наступление пустыни на некогда плодородные земли. А значит, ученые сумеют вовремя предупредить население и дать возможность людям заранее покинуть подверженную опасности территорию. Все же прекрасно понимают, что сдвиг регионов на 300–400 километров серьезно влияет на экономику, сельское хозяйство.

Моделирование климата остается глобальной международной задачей. И вовсе не означает, если прогноз погоды предсказывает, к примеру, «Яндекс», что только эта организация работает в конкретном направлении. По всему миру работают разветвленные сети метеостанций, данные поступают в различные метеорологические центры и институты с метеовышек, из космоса. Наряду с космическими и наземными инструментами эффективно трудятся лидары, в том числе космический CALIPSO.

– Мы решаем задачу рассеянного света для того, чтобы создавать модели для интерпретации данных лидаров, – поясняет ученый. – Все сведения с этих лидаров поступают в математические модели прогноза погоды, которые показывают нам температуру как на ближайшие дни (нужно брать зонтик или нет), так и на несколько лет вперед. Глобальное предсказание погоды для народного хозяйства будет точнее, если я со своей командой решу эту задачу, – заявляет Александр Коношонкин. – Но еще нужно иметь много исследовательских ресурсов для изучения всех фундаментальных ключевых зависимостей. База данных матриц рассеяния света должна быть полной, а для этого требуется собрать недостающие второстепенные элементы. И тогда созданная нами модель позволит усовершенствовать прогнозы погоды и ответить на некоторые вопросы, связанные с изменениями климата на планете.

Учитель, повторись в ученике

Выпускник ТГУ благодарен альма-матер за основательную фундаментальную подготовку, где базовые предметы – физика и математика – преподносились просто на высочайшем уровне. А еще он часто вспоминает своего школьного учителя физики Геннадия Иннокентьевича Колмакова.

– Его роль в моем развитии – ключевая, – считает Александр. – Благодаря тому, что он возил меня на олимпиады, я воспользовался механизмом Томского госуниверситета, приняв участие в выездной олимпиаде, и получил третий результат по области. Это дало мне возможность без экзаменов поступить на физико-технический факультет ТГУ. А ведь я серьезно хотел работать после школы трактористом.

После дипломирования молодой специалист твердо решил пойти в аспирантуру. Он долго искал научного руководителя в университетских стенах, а нашел в томском Академгородке. И хотя Александр формально оставался в аспирантуре ТГУ, его научным руководителем стал профессор Анатолий Боровой из Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН. Будущий наставник заразил инициативного паренька перспективным направлением по изучению перистых облаков.

– И в институт я пришел благодаря Анатолию Георгиевичу. Он увлек меня исследованиями в области рассеяния света на кристаллических частицах, благодаря ему я довольно быстро сумел защитить докторскую диссертацию и стал руководителем новой лаборатории, – говорит благодарный ученик.

Томские ученые сегодня находятся на передовом крае в исследовании перистых облаков.

– Мы обогнали американцев, японцев, многие исследовательские группы в этом направлении, – подчеркивает Александр Коношонкин. – И сейчас, приезжая на очередную международную конференцию, я уже на равных выступаю с коллегами из других стран, ко мне прислушиваются и что-то берут на вооружение. Я чувствую, что приношу пользу этому миру.

 

ДОСЬЕ

  • Доктору физико-математических наук Александру Коношонкину 33 года.
  • В 2010 году с красным дипломом окончил физико-технический факультет ТГУ.
  • В 2018 году возглавил лабораторию атмо­сферной радиации Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН.
  • Награды: медаль РАН по итогам конкурса в области океанологии, физики атмосферы и географии в 2017 году, медаль им. Сергея Королева Федерации космонавтики России за интерпретации результатов зондирования атмосферы космическими лидарами.
  • Достижения: три гранта президента РФ для молодых ученых в области наук о Земле, экологии и рационального природопользования.
  • Хобби: участие в КВН, организуемых Домом ученых Академгородка; радиоэлектроника.

Автор: Татьяна Абрамова

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

+ 72 = 81