Наиболее существенные результаты и достижения за последние годы

Самолет-лаборатория АН-30 "Оптик-Э" принимал участие в комплексных экспериментах "DUST" (г. Душанбе), ОдАэкс (г. Одесса), "Вертикаль" (г. Томск), SATOR подпрограммы TOR программы EURECA. Проводил обследование состояния воздушного бассейна городов: Алма-Ата, Балхаш, Павлодар, Усть-Каменогорск, Хабаровск, Комсомольск-на-Амуре, Улан-Удэ, Нижневартовск, Нижний Тагил, Норильск, Петропавловск-Камчатский; территорий: Камчатки, Прибайкалья, Бурятии, оз.Байкал; месторождений: Самотлор, Мегион, Советское, Вахское, Стрежевское, Первомайское, Лонтынь-Яхское, Катыльгинское, Западно-Катальгинское, Ломовое, Озерное, Оленье. Зондировал поверхностный слой воды и атмосферу над акваториями Баренцева, Карского, Берингово, Охотского, Японского, Черного, Каспийского морей, озер Байкал и Балхаш.

В настоящее время принимает участие в следующих проектах: Российско-Японском «Вертикальное распределение парниковых газов над территорией Сибири», Российско-Германо-Французском «Перенос парниковых и окисляющих атмосферу газов из Западной Европы в Сибирь», в рамках Международного Полярного года в проекте «POLARCAT».

По первому проекту выполняются ежемесячные полеты по вертикальному зондированию парниковых газов, дисперсному и химическому составу аэрозоля, включая элементарный углерод. Полеты выполняются над одним и тем же районом, в одно и тоже время суток. К данному моменту накоплен одиннадцатилетний ряд данных об изменении перечисленных компонент на разных высотах в тропосфере. Аналогов нет ни одной исследовательской группы в мире.

По второму проекту, начиная с 2005 года, выполняются полеты по маршрутам Новосибирск-Якутск-Новосибирск (северному и южному) с переменным по высоте профилем, что позволяет строить вертикальные разрезы атмосферы по всей протяженности. Помимо парниковых газов и аэрозоля измеряются и окисляющие атмосферу газы (озон, оксид и диоксид азота, диоксид серы).

В ходе проекта «POLARCAT» полет выполнялся по маршруту Новосибирск-Салехард-Чокурдах-Певек-Чокурдах-Якутск-Мирный-Новосибирск. Полет также осуществлялся с переменным профилем. Выполнены измерения парниковых и окисляющих атмосферу газов, аэрозоля, оптических характеристик. Построены вертикальные разрезы по всей протяженности маршрута.

В рамках государственного контракта № 02.03.00/188 от 17.11.2008 г. в 2008 году, после длительного перерыва проведено зондирование состава воздуха над акваторией оз.Байкал.

ЦКП «Атмосфера» располагает комплексной станцией мониторинга оптического состояния тропосферы в составе лидара и солнечного фотометра, протяженной приземной трассы для измерения оптических характеристик аэрозоля в широком спектральном интервале, а так же автоматическими мониторинговыми станциями. Коллективом создана соответствующая методологическая база для восстановления оптических и микрофизических параметров аэрозольных полей тропосферы по данным зондирования.

Для проведения исследований создан комплекс аппаратуры, позволяющий проводить автоматизированные измерения характеристик приходящей радиации (потоков диффузной и прямой солнечной, нисходящей тепловой радиации, угловых распределений спектральной яркости неба) и оптически активных компонент прозрачности атмосферы (аэрозольная оптическая толща в диапазоне спектра 0.4 – 4 мкм, влагосодержание). Для проведения радиационных расчетов разработаны алгоритмы численного моделирования полей диффузной радиации безоблачного неба с учетом сферичности атмосферы, молекулярного поглощения и аппаратных функций фотометров яркости неба.

Ведется многолетний мониторинг комплекса аэрозольно-газовых характеристик атмосферы в приземном слое, а так же компонент спектральной прозрачности атмосферы. и выяснение закономерностей пространственно-временной изменчивости.

В последние годы в ИОА проводятся комплексные измерения структуры аэрозольных и метеорологических полей, используя лазерное и акустические зондирование для поиска закономерностей между характеристиками аэрозольных, термических и ветровых полей пограничного слоя. Предложена четырехслойная модель высотного распределения аэрозоля пограничного слоя. С помощью лидарных наблюдений обнаружено наличие повышенная концентрация аэрозольных частиц в межоблачном пространстве.

Исследования динамики содержания аэрозоля и сажи в атмосфере, выполненные ранее исполнителями проекта, и полученные результаты сопоставимы с мировым уровнем подобных аэрозольных исследований. На основе регулярных синхронных измерений коэффициента рассеяния субмикронного аэрозоля на длине волны 0.52 мкм (нефелометр) и массовой концентрации поглощающего вещества в частицах (аэталометр) в приземном слое воздуха (аэрозольная станция ИОА, с 1997г.) и в нижней тропосфере до высоты 7 км (самолет- лаборатория, с 1999г.) накоплены длинные ряды наблюдений. Данные наземных измерений позволили сделать предварительные статистические оценки годового хода альбедо однократного рассеяния и его изменчивости под воздействием влажности. Результаты самолетных измерений использованы для изучения сезонной изменчивости вертикальных профилей содержания ВС и альбедо однократного рассеяния.

При интерпретации изменчивости альбедо и коэффициента поглощения используются данные о распределении частиц по размерам, их оптических постоянных, конденсационной активности и летучести, получаемые с помощью введенного в режим регулярных измерений для реального аэрозоля метода активной спектронефелометрии (при искусственном увлажнении, нагреве и регулируемой отсечке размеров частиц) в сочетании с решением обратной задачи.

На основе синхронных измерений в осенне- зимний период года для субмикронного приземного аэрозоля коэффициента аэрозольного поглощения при регулируемом изменении относительной влажности воздуха (импульсный оптико-акустический спектрометр) и массовой концентрации сажи в частицах (аэталометр) сделаны предварительные оценки значения параметра конденсационной изменчивости эффективности аэрозольного поглощения.

По регулярности натурных наблюдений и комплексности подхода полученные результаты многолетних измерений на аэрозольной станции и самолетных измерений в тропосфере превосходят существующий уровень. Реализация режима регулярных синхронных измерений характеристик аэрозоля и сажи в сочетании с использованием методик активного воздействия на аэрозоль создают условия для получения качественно новых и более корректных данных о свойствах субмикронного аэрозоля.

К настоящему времени накоплен многолетний ряд параметров конденсационной активности и летучести аэрозольных частиц. Это позволило провести детальный анализ сезонной, годовой и межгодовой изменчивости параметров конденсационной активности и летучести для субмикронного аэрозоля.

Применение решения обратной задачи для измеренных коэффициентов направленного рассеяния и его поляризованных компонент в видимой области спектра позволяет также определить значение комплексного показателя преломления и функции распределения по размерам субмикронного аэрозоля. Также по этим данным рассчитывается фактор конденсационного роста и летучести в зависимости от размера частиц. Сейчас мы располагаем 1.5-летним рядом микрофизических характеристик, полученных с помощью решения обратной задачи, что позволит провести предварительный анализ годового хода показателя преломления аэрозольных частиц, а также факторов роста и летучести частиц разных размеров.

Исследования фактора роста аэрозольных частиц зарубежными группами исследователей ведутся преимущественно с помощью анализаторов подвижности частиц (TDMA). Проводятся измерения размеров частиц при двух значениях относительной влажности – «сухой аэрозоль» (как правило, RH=20–30%) и RH=80%. При этом выделяются две фракции частиц, в зависимости от полученного фактора роста – «слабо» и «сильно» увлажняемые. Наш метод позволит, во-первых, провести более детальный анализ зависимости фактора роста от размера сухих частиц (по крайней мере, для 10-15 значений радиуса в диапазоне 0.07–0.7 мкм), и, во-вторых, более подробно изучить поведение фактора роста при различных значениях относительной влажности в диапазоне 30–90%. Анализ проведенных нами измерений аэрозольного коэффициента рассеяния при искусственном изменении относительной влажности воздуха показывает, что в атмосфере реализуется несколько различных типов таких зависимостей. При реализации проекта предполагается также ответить на вопрос, какие типы зависимости σ от RH наиболее характерны для различных сезонов, синоптических ситуаций и т.п.

В области радиационных измерений. Разработаны новые методики определения АОТ атмосферы и автоматизированные солнечные фотометры для круглогодичного мониторинга, которые обеспечивают опережающее (в сравнении с зарубежными аналогами) получение результатов в расширенном диапазоне спектра (0.3-4 мкм). Существенным дополнением стал ввод в действие “Sun-Sky” радиометра СЕ 318 сети AERONET (http://aeronet.gsfc.nasa.gov), позволяющего определять АОР аэрозоля . Созданная аппаратурно-методическая база является основой для получения результатов о характеристиках радиационного форсинга обусловленного аэрозолем.