Ученые из Института физики атмосферы РАН выяснили, почему Москва еще не задохнулась в собственных испарениях. Как наблюдать за атмосферой Москвы и что при этом можно увидеть, авторы работы рассказали корреспонденту Infox.ru.
СОДАР
У истоков изучения состояния атмосферы акустическим зондированием полвека назад стояли российские ученые, в том числе один ведущих исследователей профессор Маргарита Каллистратова. В основе прибора лежит принцип радара: импульс определенной частоты испускается в окружающую среду. На основании получаемого обратно сигнала можно судить о характеристиках среды. Свое название тип приборов получил по аналогии -- СОДАР (SODAR -- SOund Detection And Ranging аналогично радару -- RAdio Detection and Ranging). Как рассказали ученые корреспонденту Infox.ru, при помощи акустического зондирования можно получать данные о структуре турбулентности, вертикальной и горизонтальной скорости ветра в толще атмосферы.
Приборы последнего поколения «Латан-3», с которыми работают сейчас, сконструированы, по сути, одним-единственным человеком -- сотрудником Института физики атмосферы имени Обухова РАН Ростиславом Кузнецовым. Как рассказал Infox.ru заведующий радиоакустической лабораторией, в которой разработан прибор, Сергей Куличков, прибор имеет две отличительные особенности. Первая -- способность работать в условиях зашумленности города. По этим параметрам прибор если не уникален, то очень редок, что делает данные, полученные с его помощью в центре города, исключительно важными. Вторая особенность -- это полная компьютеризация управления приборами. С помощью компьютера с выходом в интернет можно изменить режим работы как одного, так и группы приборов, расположенных в разных точках земного шара.
Наука
Как пояснили Infox.ru сотрудники Института физики атмосферы, они ведут непрерывное наблюдение за атмосферой мегаполиса уже пять лет, что довольно много. В мире таких данных очень мало. По словам научного руководителя работ профессора Маргариты Каллистратовой, наблюдения ведутся в трех точках. Первая-- в самом центре города, вторая -- на физическом факультете МГУ на Воробьевых горах (в 8 км от центра), третья -- в 50 км от Москвы, на звенигородской научной станции Института физики атмосферы. Сопоставление данных из трех пунктов наблюдения позволяет судить о влиянии на процессы в атмосфере, которое оказывает город.
Многолетние наблюдения позволили сформировать представление об атмосфере Москвы. Штилевые условия (то есть когда скорость ветра меньше 1 м/с) наблюдаются над Москвой в течение 15% времени наблюдения. Основные периоды штилевых условий -- лето и конец февраля -- март. Роза ветров над Москвой довольно равномерная, с небольшим преобладанием северо-западных ветров. Направление ветра одинаково и в Москве, и за городом.
Как объяснили корреспонденту Infox.ru, изменять столь масштабные явления, как общая циркуляция атмосферы, город не способен. Зато он приподнимает слои с наибольшей скоростью ветра (15-20 м/с). Если в сельской местности они расположены на высоте 100-120 м, то в городе это уже 300-400 м. Также экспериментальные данные позволили проверить множество теоретических моделей, описывающих поведение воздуха над городом.
Рассказала Маргарита Каллистратова и о том, благодаря чему дышит большой город. В дневное время наиболее нагретый участок атмосферы находится у самой поверхности. Простейший физический процесс конвекции (более теплый газ имеет меньшую плотность и как следствие поднимается вверх, уступая место снизу более холодному и тяжелому газу) обеспечивает довольно быстрый и активный перенос вредных веществ из приповерхностного слоя в более высокие.
Ситуация меняется в темное время суток и зимой. В результате динамических процессов более теплый слой оказывается выше, а холодный – у самой поверхности. Таким образом, активный вынос вредных веществ от поверхности в верхние слои заблокирован изменением чередования слоев и все загрязнения находятся в весьма ограниченном объеме. Правда, за чертой города теплые слои (называемые инверсионными) находятся на высоте 80-100 м. А вот в черте деятельность человека приподнимает их на 100-200 м, что увеличивает объем, в котором содержатся вредные примеси. В итоге они «размываются», что не позволяет городу задохнуться в собственных выхлопах. Как только становится тепло, конвекционные потоки вновь активизируются, разрушают «пробку» и рассеивают загрязнения.
И техника
По словам Сергея Куличкова, на приборе решаются в основном фундаментальные научные задачи, хотя СОДАР способен решать и широкий спектр прикладных задач. Одна часть задач связана с динамикой перемещения вредных веществ в условиях города. Во-первых, это распространение смога в черте города. Во-вторых -- динамика распространения вредных веществ в случае техногенных катастроф, например аварий на химических предприятиях. Вторая часть прикладных задач связана с деятельностью в зоне аэропортов. Прибор позволяет в режиме реального времени получать данные о скорости ветра в различных слоях. «Вертикальные сдвиги ветра, то есть когда скорость ветра меняется на единицы метров в секунду, могут вызвать сильное неконтролируемое динамическое воздействие на самолет, а при взлете и посадке это может стать опаснейшим фактором» -- говорит Сергей Куличков. Также СОДАР способен наблюдать за турбулентными образованиями за самолетами. «За летательными аппаратами при старте образуются как минимум два довольно больших вихря, которые могут жить в атмосфере до нескольких минут. Эти вихри могут стать фатальными для следующих самолетов». Размер и положение ядер таких вихрей прибор может определять с точностью до 30 см. На Западе подобные приборы уже широко используются и применяются повсеместно.
О своей разработке и полученных с ее помощью результатах российские ученые доложили на конференции по городскому климату ICUC 7, прошедшей в июле в японском городе Иокогама.
