Физики объяснили, почему над Минском часто сгущаются облака

Диагноз атмосфере

Почему над Минском часто сгущаются облака? Как получить четкие снимки со спутников? Можно ли самолетам летать после извержения вулкана? Ответы на эти вопросы есть у сотрудников лаборатории оптики рассеивающих сред Института физики НАН Беларуси, исследующих состояние атмосферы. Лазерное зондирование с помощью лидаров и измерение прозрачности солнечными радиометрами ведется учеными как в самом институте, так и в Антарктиде, на станции в районе горы Вечерняя, где в сезон базируется белорусская экспедиция. Ну а полученные данные становятся нашим вкладом в глобальное изучение атмосферы, у которой, как известно, границ нет.


Для знакомства с умными приборами, способными «прощупать» наличие аэрозольных частиц в километрах воздушной толщи, пришлось ждать хорошей погоды — в пасмурные дни работа затруднена. И вот в ясный майский день мы поднимаемся на крышу одного из корпусов Института физики вместе с ученым секретарем, кандидатом физико–математических наук Яной Король. За ограждением плавно поворачивается сканирующий солнечный радиометр: в дождь он «прячет голову», а при чистом небе автоматически ориентируется на солнце и следует за ним, делая замеры. Оценивает, насколько солнечное излучение ослабилось, пройдя через воздух, на различных длинах волн, как оно рассеялось по небу. Обработав эти данные с помощью сложнейших алгоритмов, можно определить, частички какого размера и в каком количестве есть в атмосфере. И, например, увидеть, что и на нашу территорию забрасывается пыль из Сахары. Наш радиометр — станция международной аэрозольной измерительной сети AERONET, управляет которой центр космических полетов Годдарда в NASA. Данные передаются на компьютеры в институте и затем поступают в интернет. Их обработка происходит уже на серверах в США. В итоге на сайте AERONET можно посмотреть, что у нас витает в атмосфере над Минском, и данные с любой другой станции сети, а их более 300 по всему миру.

— Аэрозоли сильно влияют на энергетический баланс планеты, — объясняет Яна Король. — Если мы точно знаем, что парниковые газы приводят к нагреванию, то аэрозоли могут либо отражать солнечное излучение, а значит, приводить к охлаждению, компенсировать парниковый эффект газов, либо поглощать, то есть еще больше разогревать атмосферу. Это зависит от формы частиц, их расположения, химического состава. Кроме того, аэрозоли являются ядрами конденсации для облаков. Ведь молекулам воды нужно прицепиться к каким–то частичкам, чтобы образовать облако. Если бы в атмосфере были только газы и водяной пар, дождевые облака не образовывались бы — только перистые, которые конденсируются на ионах в верхних слоях атмосферы. Чем больше аэрозолей в воздухе — пыли, выбросов с предприятий, — тем больше облаков. Поэтому вокруг Минска часто ясное небо, а над самим городом плотная облачность.


Исследования ученых из лаборатории оптики рассеивающих сред также важны для спутников, ведущих съемку Земли. Без коррекции, поправки на атмосферу невозможно получить качественные снимки, а подчас и достоверные. Например, при изучении океанского планктона со спутника надо точно знать его цвет. Это реально, только исключив из данных воздушную толщу.

Глобальная же цель — мониторинг атмосферы и оценка процессов в ней. Ведь загрязнения в нижнем слое, до 500 метров, могут плохо влиять на здоровье, а в верхнем — блокировать солнечную радиацию. Кстати, по оценке ученых, воздух в целом у нас становится чище, так как предприятия используют все более современные системы очистки, а Европа, грязь из которой к нам тоже летит, переносит производства на восток.

Еще один прибор на крыше Института физики — лидар, настоящая «тяжелая артиллерия», — хранится в особом чердачном помещении и при необходимости выдвигается из люка при помощи лебедки. Его «дуло» нацелено строго вертикально. Если радиометр определяет размер частиц и их концентрацию во всем объеме атмосферы, то лидар оценивает их вертикальное распределение. Он запускает лазерный луч вверх, вплоть до тропосферы, часть его отражается от частиц аэрозолей и возвращается назад. И по тому, с какой временной задержкой пришел сигнал, в каком количестве, можно понять, на какой высоте больше частиц и каких. Лидар работает несколько дней в неделю при ясной погоде. Он — участник глобальной лидарной сети GALION, которая подразделяется на несколько локальных — азиатскую, европейскую и другие.


— Обычно его включают, когда пролетают спутники — наш или, например, франко–американского комплекса A–Train, — на которых также установлено разное измерительное оборудование. И если объединить данные с наземных и спутниковых приборов, то можно получить наиболее полную картину состояния атмосферы на планете. Для этого разрабатываются очень сложные математические алгоритмы обработки данных. Показательно, что на большинстве станций европейской лидарной сети установлено программное обеспечение, разработанное учеными из нашей лаборатории. Кроме того, у нас изготавливают сами лидары, в том числе на экспорт. Это очень сложное, штучное производство, — Яна Король утверждает, что именно в Беларуси ядро научной школы, которая сейчас по всему миру занимается вопросами физики атмосферы. Многие наши ученые работают в Японии, США, Франции Германии и, что показательно, возвращаются обратно. Яна Король и сама такой пример: училась и защитила докторскую (с присвоением степени PhD) в Лилльском университете наук и технологий во Франции, теперь научную работу продолжает в Беларуси.

Как на вулкане


Когда в 1991 году на Филиппинах проснулся вулкан Пинатубо, через две недели это ощутилось в Минске, удивляет научный сотрудник лаборатории Федор Осипенко: «Вулканы дают климатообразующий эффект на всей планете. Случись одновременно пару мощных извержений, может настать ледниковый период. Выбросы Пинатубо мы обнаружили выше 10 км, в стратосфере. И только через 4 года оптическая толща пришла к фоновому состоянию!»

Раньше таких исследований в мире не проводилось, ведь вулканы просыпаются нечасто. Поэтому важен каждый прецедент. Когда заработал Эйяфьятлайокудль в Исландии, группа наших ученых по приглашению Лилльского университета в течение месяца проводила исследования во Франции. Европейцам был нужен объективный параметр, который позволил бы в будущем сказать, когда самолет может летать, а когда это опасно. Ведь было закрыто множество аэропортов, что повлекло огромные экономические потери. Оказалось, что пепел распространяется широкими слоями, не расползающимися по высоте, и над ними чисто. Значит, там можно летать.

vasilishina@sb.by

Советская Белоруссия № 92 (24974). Среда, 18 мая 2016
Заметили ошибку? Пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
Фото: Артур ПРУПАС