Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Номер договора
11.G34.31.0048
Период реализации проекта
2011-2015
Заведующий лабораторией

По данным на 01.11.2022

22
Количество специалистов
165
научных публикаций
3
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Ученые лаборатории исследуют динамические процессы в пограничных слоях атмосферы и гидросферы Земли, где сконцентрированы 90% биосферы и вся антропосфера. Понимание данных процессов играет ключевую роль в совершенствовании моделей погоды и климата и становится важным фактором поддержания качества жизни в условиях растущей антропогенной нагрузки на окружающую среду.

Название проекта: Взаимодействие атмосферы, гидросферы и поверхности суши: физические механизмы, методы мониторинга и контроля планетарных пограничных слоев и качества окружающей среды
Цели и задачи

Направления исследований: Физика атмосферы и океана, дистанционные методы исследования Земли

Цель проекта: Разработка физических концепций, теоретических и численных моделей, алгоритмов обработки и интерпретации экспериментальных данных в целях совершенствования методов и средств дистанционной диагностики и параметризации процессов в планетарных пограничных слоях (ППС) атмосферы и гидросферы Земли

Практическое значение исследования

Научные результаты:

  1. Развиты новые теоретические модели самоорганизации турбулентности, когерентных структур и турбулентного вовлечения в планетарном пограничном слое при свободной и вынужденной конвекции, подтвержденные результатами натурных данных и численных экспериментов.
  2. Разработан и реализован в рамках химическо-транспортной модели метод расчета эмиссий от пожаров на основе данных спутниковых измерений с учетом ослабления интенсивности инфракрасного излучения дымовым аэрозолем. Рекордная точность предложенного метода достигается за счет усвоения моделью данных наземного мониторинга загрязнения атмосферы. Эффективность метода продемонстрирована в ходе исследования эпизодов аномального загрязнения атмосферы в регионе московского мегаполиса.
  3. Разработан и реализован метод измерения полей скорости воздушного потока, основанный на высокоскоростной видеосъемке внесенных в поток частиц-маркеров, освещаемых лазером непрерывного излучения. На основе измерений скорости приводного ветра с помощью данного метода предложено объяснение аномально низкого аэродинамического сопротивления поверхности океана при ураганном ветре.
  4. С помощью скоростной видеосъемки выявлен доминирующий механизм генерации брызг при сильном ветре. Показано, что он связан с явлением дробления по типу «парашют», при котором вблизи гребней поверхностных волн на поверхности воды формируются и развиваются объекты, представляющие собой тонкостенные «мембраны», раздуваемые воздушным потоком, которые затем «взрываются» с образованием большого числа брызг. Полученный результат меняет современные представления о механизме генерации брызг при шторме. Построена количественная модель этого явления, в рамках которой можно развивать физически обоснованные модели переноса энергии между океаном и атмосферой при штормах, которые требуются для их прогноза. В частности, данное явление позволяет объяснить необычные особенности энергообмена атмосферы и океана при ураганном ветре.
  5. В лабораторных условиях исследована зависимость от скорости ветра и турбулентного напряжения сечения обратного рассеяния микроволнового излучения Х-диапазона на прямой и перекрестной поляризации. Экспериментально изучено влияние пены на поверхности воды и дождя на рассеяние микроволнового излучения. На основе этих исследований предложен новый эффективный алгоритм определения скорости ураганного ветра по данным радиолокационного зондирования.
  6. Разработан микроволновой спектрорадиометр для зондирования термической структуры тропосферы с рекордными характеристиками по диапазону высот (0–12 км), чувствительности и точности, которые достигнуты за счет оптимизации числа и расположения спектральных каналов и применения оригинального алгоритма восстановления температурного профиля.
  7. Предложены уникальные методы мониторинга конвекции в атмосфере на основе наблюдений вариаций электрического поля как при грозе (по электромагнитному излучению грозовых разрядов в диапазоне сверхдлинных волн), так и в условиях хорошей погоды (по параметрам аэроэлектрических структур, наблюдаемых в пограничном слое атмосферы).

Внедрение результатов исследования:

  • Разработана и запатентована многопозиционная сетевая система метеорологической радиолокации, использующая малые метеорологические радиолокаторы, оборудованные инновационными фазированными антенными решетками на массивах управляемых рассеивателей. Система предназначена для мониторинга локальных погодных условий в целях обеспечения метеозависимых видов деятельности: полетов беспилотных летательных аппаратов, выполнения сельскохозяйственных и строительных работ, проведения спортивных соревнований и других массовых мероприятий на открытом воздухе и т.п.
  • Развиты комплексные методы, объединяющие новые измерительные технологии с их программной поддержкой, для совершенствования оперативной дистанционной диагностики и прогнозирования опасных быстроразвивающихся природных явлений.

Образование и переподготовка кадров:

  • Подготовлены и защищены 2 докторские и 5 кандидатских диссертаций.
  • Разработано и прочитано 39 лекционных курсов: «Современные проблемы геофизики», «Основы геофизической гидродинамики», «Экология: физические основы» и др.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

В ННГУ им. Н.И. Лобачевского организована кафедра физики окружающей среды и геоинформационных технологий (2016 г.).

Другие результаты:

В рамках программы Европейской комиссии ERASMUS+ реализован проект (руководитель – проф. С.С. Зилитинкевич) «Adaptive learning environment for competence in economic and societal impacts of local weather, air quality and climate (ECOIMPACT)» [«Адаптивная образовательная среда для повышения уровня знаний в области влияния локальных условий окружающей среды на общество и экономику»], 2015-2018 гг.

Сотрудничество:

Финский метеорологический институт, Университет Хельсинки (Финляндия), Исследовательский центр по окружающей среде и дистанционному зондированию имени Ф. Нансена (Норвегия), Университет имени Бен-Гуриона (Израиль), Центрально-Европейский университет в Скалице (Словакия), Российский государственный гидрометеорологический университет (Россия): совместные исследования и публикации.

Скрыть Показать полностью
Druzhinin O.A., Troitskaya Yu.I., Zilitinkevich S.S.
Direct Numerical Simulation of a Turbulent Wind over a Wavy Water Surface. Journal of Geophysical Research 117: C00J05-1–C00J05-16 (2012).
Troitskaya Y.I., Sergeev D.A., Kandaurov A.A., Baidakov G.A., Vdovin M.A., Kazakov V.I.
Laboratory and Theoretical Modeling of Air-Sea Momentum Transfer under Severe Wind Conditions. Journal of Geophysical Research 117: C00J21-1– C00J21-13 (2012).
Anisimov S.V., Mareev E.A., Shikhova N.M., Shatalina M.V., Galichenko S.V., Zilitinkevich S.S.
Aeroelectric Structures and Turbulence in Atmospheric Boundary Layer. Nonlinear Processes in Geophysics 20: 819–824 (2013).
Druzhinin O.A., Troitskaya Yu.I., Zilitinkevich S.S.
Stably Stratified Air-flow over a Waved Water Surface. Part 1: Stationary Turbulence Regime. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 142(695): 759–772 (2016).
Druzhinin O.A., Troitskaya Yu.I., Zilitinkevich S.S.
Stably Stratified Air-flow over a Waved Water Surface. Part 2: Wave-Induced Pre-Turbulent Motions. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 142(695): 773–780 (2016).
Troitskaya Y., Kandaurov A., Ermakova O., Kozlov D., Sergeev D., Zilitinkevich S.
The “bag breakup” spume droplet generation mechanism at high winds. Part I. Spray generation function // Journal of Physical Oceanography. 2018. V. 48. P. 2167–2188.
Troitskaya Yu., Abramov V., Baidakov G., Ermakova O., Zuikova E., Sergeev D., Ermoshkin A., Kazakov V., Kandaurov A., Rusakov N., Poplavsky E., Vdovin M.
Cross-polarization GMF for high wind speed and surface stress retrieval // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2018. V. 123. P. 5842–5855.
Troitskaya Yu., D. Sergeev, A. Kandaurov, M. Vdovin, S. Zilitinkevich
The effect of foam on waves and the aerodynamic roughness of the water surface at high winds // Journal of Physical Oceanography. 2019. V. 49. P. 959–981.
Harrison R.G., Nicoll K.A., Mareev E.A., Slyunyaev N.N., Rycroft M.J.
Extensive layer clouds in the global electric circuit: their effects on vertical charge distribution and storage // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2020. V. 476. P. 20190758.
Klimenko V.V., Lubyako L.V., Mareev E.A., Shatalina M.V.
Ground-based measurements of microwave brightness temperature and electric field fluctuations for clouds with a different level of electrical activity // Atmospheric Research. 2022. V. 266. P. 105937.
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория «Здоровье почв»

Южный федеральный университет - (ЮФУ)

Науки о Земле и смежные экологические науки

Ростов-на-Дону

Вонг Минг Хунг

Гонконг, Великобритания

2022-2024

Лаборатория «Нелинейная гидрофизика и природные катастрофы»

Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН - (ТОИ ДВО РАН)

Науки о Земле и смежные экологические науки

Владивосток

Пелиновский Ефим Наумович

Россия

2022-2024

Лаборатория городской экологии и климата

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова - (МГУ)

Науки о Земле и смежные экологические науки

Москва

Кулмала Маркку Тапио

Финляндия

2021-2023