English
Про Інститут | Наші розробки | Конференції | Проекти | Супутникові зображення | Агрометеорологічне моделювання
ЗМІ про нас | Відділи | Аспірантура | Публікації | Державні закупівлі | Прогноз погоди | Система грозопеленгації
     

ВІДДІЛИ


Тел. 525-86-30 

ВІДДІЛ ФІЗИКИ АТМОСФЕРИ

Шпиг В.М.
Згідно із постановою Ради Міністрів СРСР та УРСР 1958 р. про розвиток досліджень щодо штучного впливу на хмари і тумани в УкрГМІ був утворений відділ фізики атмосфери, очолив відділ Г.І. Перельот. У 1967 р. його перейменували у відділ штучних впливів (завідувач – А.В. Ткаченко, згодом – Є.Є. Корнієнко) з лабораторіями фізики хмар (начальник – А.В. Ткаченко), теоретичних досліджень (начальник – М.В. Буйков), активних впливів (начальник – І.П. Половина), радіолокаційних досліджень (начальник – В.М. Мучник) і аерозолів (начальник – В.П. Баханов). Після набуття Україною незалежності недовгий час завідуючим відділом був В.С. Хусід, згодом у різні роки відділом керували В.П. Баханов та В.А. Прусов, з 2011 р. відділ очолює канд. геогр. наук Шпиг Віталій Михайлович.

Основними напрямками досліджень відділу були вивчення ролі різних факторів у еволюції хмар, а також метеорологічних і фізичних умов утворення та розсіювання туманів. В дослідженнях того часу значне місце займали експериментальні роботи.

Розвиток робіт з активного впливу на метеорологічні процеси проводився з метою пошуку шляхів поліпшення водозабезпеченості сільськогосподарського виробництва в степовій частині України. Ці райони республіки відіграють важливу роль у виробництві зернових і інших сільськогосподарських культур у бувшому Радянському Союзі, незважаючи на те, що вони відносяться до районів з недостатнім зволоженням, що часто страждає від посух.

Треба було вивчити можливості збільшення атмосферних опадів шляхом впливу на хмари, розробити оперативні методи таких впливів і способи їхнього контролю. Для цього був створений відділ фізики атмосфери, що був перетворений у відділ фізики хмар і активних впливів. Одночасно для робіт у цій області були створені проблемні лабораторії в Київському й Одеському університетах, Одеському гідрометінституті, Інституті загальної й неорганічної хімії АН УРСР.

Ініціатором робіт зі штучних впливів на Україні був Г.Ф. Прихотько. Польові роботи із впливів з 1959 р. проводилися на Експериментальному метеорологічному полігоні (ЕМП).

Одночасно в Дніпропетровську був створений Відділ експериментальних досліджень, що мав у своєму розпорядженні авіаційну групу, оснащену літаками-лабораторіями МУЛ-14.

У травні 1959 р. були розпочаті польоти. Спочатку експериментальні роботи зі штучного регулювання опадів велися в трьох напрямках, що відповідають основним класам хмар (шаруваті внутрімасові, фронтальні зимові, конвективні). Як реагент використалася тверда вуглекислота, що скидає з літака, а згодом застосовувалося також і йодисте срібло.

Роботи перших років дали обнадійливі результати. Одним з напрямків пошуків було штучне регулювання зимових опадів шляхом засіву хмар твердою вуглекислотою («сухим льодом») з літака.

На підставі польових експериментів по засіву внутрімасових шаруватих хмар (Г.І. Переліт, І.П. Половина) було встановлено, що із цього класу хмар можна одержати додатково 5—10% суми зимових опадів, переважно у вигляді снігу. Засів фронтальних хмар зимового періоду (М.П. Леонов) може привести до збільшення кількості опадів, що випадають із них, приблизно на 20-30%. В восьмидесяті роки цей результат уточнювався й знайшов підтвердження в експериментах із регулярного засіву фронтальних хмар над заданим районом (Б.Н. Лєсков). Були встановлені критерії придатності хмар для впливу. Протягом трьох років (1974—1976) у січні проводився засів всіх хмар, придатних для впливу, що спостерігалися над заздалегідь обраною ділянкою полігона радіусом 10 км. Місячна кількість опадів збільшилася тут на 30—50%. Збільшення опадів спостерігалося також на прилягаючій до зазначеної ділянки території площею 2—4 тис. км2.

Планувався експеримент з регулярного засіву хмар над обраною територією протягом усього зимового сезону. Впливи на хмари протягом зимового сезону можуть мати відчутний вплив на врожайність сільськогосподарських культур на території, де проводився засів.

Розроблено схему оцінки економічної ефективності штучних опадів (М.В. Буйков). На основі статистичної моделі «погода-урожай», у яку опади входять у якості незалежної змінної, було розраховано можливе збільшення врожайності й доходу від вирощування основних сільськогосподарських культур у Софіївському районі Дніпропетровської області.

Виконано великий обсяг досліджень із штучного регулювання опадів літнього періоду. На першому етапі робіт об'єктом впливів були потужні купчасті хмари (Г.Ф. Прихотько). При засіві їх твердою вуглекислотою спостерігалося значне збільшення опадів, що випадають із них (Г.Ф. Прихотько, Є.Є. Корнієнко). У цей час проводяться експерименти із впливу на купчасто-дощові хмари (Є.Є. Корнієнко). Перші результати вказують на збільшення опадів при засіві їх з літака йодистим сріблом. Поки ще не вивчені всі різновиди купчасто-дощових хмар, для того щоб можна було сформулювати остаточні результати.

З 1973 року вчені Інституту беруть участь у реалізації проекту із збільшення опадів у басейні озера Севан, де проблема води стала особливо гострою. Завданням інституту є перевірка ефективності в цьому районі літакових методів впливу, по застосуванню яких в УкрГМІ накопичений значний досвід. У результаті проведених польотів, виконаних в 1974-1976 р., була оцінена повторюваність хмар літнього періоду, придатних для впливу з метою збільшення опадів; досліджені специфічні форми хмар зимового періоду року. У басейні озера створюється експериментальний полігон для регулярних впливів з висотного літака ЯК-40 за допомогою піропатронів з йодистим сріблом, а взимку - з літака-лабораторії МУЛ-14 за допомогою твердої вуглекислоти.

Одночасно з роботами зі збільшення опадів були початі розробки літакового методу розсіювання переохолоджених хмар і туманів за допомогою твердої вуглекислоти (Г.І. Переліт, І.П. Половина). У результаті багаторічних досліджень розроблена оперативна схема розсіювання хмар і туманів, що включає рекомендації з вибору місця введення реагенту залежно від вітру в хмарному шарі, витраті реагенту, густоті ліній засіву. Схема забезпечувала повне розсіювання хмари (туману) при температурі нижче -3°С і вертикальні потужності до 600 м і часткове розсіювання в досить широкому діапазоні значень параметрів хмари (туману). Методика застосовувалася для розкриття аеродромів від переохолоджених туманів. Навіть епізодичне її застосування в ряді аеропортів України забезпечувало щорічно прийом і випуск 50-100 літаків.

В 1960-х роках був запропонований метод запобігання туманів шляхом нанесення на поверхню води мономолекулярної плівки поверхнево активних речовин (Г.Ф. Прихотько, Л.М. Роїв, М.В. Товбин). Натурні експерименти в Кольський затоці показали можливість запобігання туману на площі в кілька квадратних кілометрів. Надалі була вдосконалена методика готування реагенту для впливу (Р.А. Баханова).

Науковим фундаментом для розробки методів активних впливів послужили результати великих експериментальних досліджень структури хмар і туманів і процесів, що відбуваються в них. За допомогою літакових, радіолокаційних, аеростатних і інших засобів досліджень, що застосовувалися на ЕМП, накопичений великий експериментальний матеріал про фізичні властивості хмар, опадів і туманів. Унікальні матеріали про структуру полів опадів були отримані на опадомірній мережі полігону. З їхньою допомогою, зокрема, виконана оцінка точності виміру шару опадів залежно від площі й густоти мережі. Завдяки регулярним польотам, поряд з виробничими експериментами, тривало нагромадження нових експериментальних даних про динаміку і мікроструктуру хмар і опадів як при природному протіканні хмарних процесів, так і при впливі на хмари.

Отримано ряд нових факторів, що розширюють нашу уяву про хмари й утворення опадів. Наприклад, у дослідах установлено, що взимку кількість штучних опадів у кілька разів перевищує одноразовий запас рідкої води в фронтальних хмарних шарах, що засівають.

Таким чином, фронтальні хмари представляються як «фабрики», у яких протягом часу їхнього існування вода багаторазово випадає у вигляді опадів і заміщається новими порціями водяної пари.

У купчасто-дощових хмарах формування опадів відбувається в області від’ємних температур. Розпочаті в Інституті польові дослідження показали, що хмара «харчується» вологою в основному з підхмарного шару, при цьому вона не вся перетвориться в опади природним шляхом, а є резерв для збільшення опадів штучним шляхом.

Результати експериментальних досліджень із впливів на хмари різних форм освітлені в монографіях «Активные воздействия на облака в холодное полугодие» (М.П. Леонов и Г.И. Перелет, Л., Гидрометеоиздат, 1967), «Исскуственные осадки из конвективных облаков» (Г.Ф. Прихотько, Л., Гидрометеоиздат, 1968), «Влияние на внутри массовые облака слоистых форм» (И.П. Половина, Л., Гидрометеоиздат, 1971), а також в огляді «Искусственное регулирование осадков» (Е.Е. Корниенко и И.П. Половина, Обнинск, ВНИИГМИ- МЦД, 1973) і в розділі «Искусственное воздействие на облака и осадки» (у збірнику «Итоги науки и техники», т. 3, М., ВИНИТИ, 1976, М.В. Буйков), що включає в себе короткі підсумки експериментальних і теоретичних досліджень.

Одночасно з експериментальними роботами широким фронтом велися теоретичні дослідження хмарних процесів (М.В. Буйков). В Інституті сформувався науковий напрямок досліджень хмар, що сполучив динамічний і мікрофізичний підходи до хмарних процесів з використанням методів гідродинаміки й статистичної фізики. За допомогою ЕОМ створені чисельні моделі фронтальних шаруватих, а також конвективних хмар; моделі описують процеси формування опадів з урахуванням фазових переходів, а також перетворень, що відбуваються в хмарі при впливі на нього різними реагентами.

Теоретичні дослідження завершилися розробкою одно- і двовимірних моделей фронтальних хмар змішаної фазової будови; виконане моделювання засіву їх реагентами, що кристалізують. Розроблено модель формування рідкої мікроструктури купчастих хмар, що зв'язує утворення часток опадів з динамікою хмари. Створено одномірну нестаціонарну модель купчастої хмари. Розроблено одномірну нестаціонарну модель формування шаруватих хмар і туманів (враховуюча взаємодію динамічних, радіаційних і мікрофізичних процесів).

З теорії випливає ряд важливих результатів, зокрема висновок про те, що джерел додаткових опадів при засіві зимових фронтальних хмар є наявний в атмосфері запас водяної пари, здатної до сублімації.

Виконано широкий комплекс лабораторних досліджень властивостей льодоутворюючих реагентів і поверхнево-активних речовин, які використовуються для впливу на хмари й тумани. На підставі цих досліджень, зокрема, запропонований новий спосіб генерування крижаних кристалів у повітряному потоці, що проходить через пористий шар твердої вуглекислоти, і створення льодоутворюючих реагентів шляхом нанесення тонкого шару йодистого срібла на поверхню високодисперсних порошків інших речовин. Виконано чисельне моделювання енергетики льодоутворення на реагентах, що кристалізують.

В Інституті виконані великі дослідження з фізики грозових явищ, намічені шляхи пошуку методів впливу на них; підготовлена монографія «Физика грозы» (В.М. Мучник, Л., Гидрометеоиздат, 1975).

В 80-і роки одержали розвиток радіолокаційні методи досліджень хмар і опадів. Протягом ряду років у лабораторії радіолокаційних досліджень розроблявся й удосконалювався на базі радіолокатора діапазону 3 см і спеціально розробленого для цих цілей цифрового обчислювального пристрою «Метеоролог» радіолокаційний метод виміру кількості дощу. У цей час т очність радіолокаційних вимірів середнього по площі шару рідких опадів вище точності, що забезпечує існуюча метеорологічна мережа. Удосконалено радіолокаційні методи дослідження хмар і опадів, контролю за ефектом впливів. Розроблено метод індикації смуг посилених опадів у фронтальних хмарах, засіяних твердою вуглекислотою. Визначено швидкість опускання штучних опадів при засіві шаруватих хмар. Установлено радіолокаційні параметри купчасто-дощових хмар, що визначають кількість опадів, що випали з них. Удосконалюється методика радіолокаційних вимірів кількості опадів з метою спільної обробки на ЕОМ радіолокаційні й плювіографічних вимірів опадів.

В УкрГМІ створений ряд приладів і установок для впливу на хмари й тумани і проведення фізичних вимірів в атмосфері й хмарах.

Проблема активних впливів на атмосферні процеси є порівняно новою в метеорологічній науці, і дослідження в цій області значною мірою носять пошуковий характер. Однак уже протягом нетривалого періоду досліджень даної проблеми досягнуті відчутні результати, що представляють собою практичний інтерес. Є підстави вважати, що в найближчі роки результати робіт з активних впливів на хмари й тумани будуть знаходити усе більше широке застосування в народному господарстві.

Сьогодні відділ налічує 26 співробітників (із них п’ять сумісників), у тому числі 2 доктори фіз.-мат.наук (Прусов В.А., Волощук В.М.) і 10 кандидатів наук (канд. геогр. наук Шпиг В.М., канд. фіз.-мат. наук Баханов В.П., канд. геогр. наук Лєсков Б.Н., канд. геогр. наук Заболоцька Т.М., канд. фіз.-мат. наук Кацалова Л.М., канд. фіз.-мат. наук Краковська С.В., канд. фіз.-мат. наук Скриник О.Я., канд. фіз.-мат. наук Хотяїнцев В.М., канд. геогр. наук Білий Т.А., канд. геогр. наук Паламарчук Л.). Основні напрямки науково-дослідних робіт останніх років:
В напрямку дослідження закономірностей еволюції систем шаруватоподібних та конвективних хмар і пов’язаних з ними небезпечних явищ , розробки вдосконалених супутникових методів оцінки параметрів хмар та опадів, розробки вдосконаленої моделі атмосферного переносу домішок:

Проаналізовані синоптичні умови утворення небезпечно сильних опадів із фронтальних хмарних систем на території України. Побудовані стаціонарні моделі і нестаціонарні чисельні моделі літніх хмарних утворень різних масштабів в їх взаємозв’язку для синоптичних ситуацій, що призводили до небезпечних атмосферних явищ, перш за все неебезпечно сильних опадів, і пов’язаних із літніми циклонами в Україні та Західній Європі ( Пірнач Г.М., Заболоцька Т.М.). Розроблена методика дослідження сильних та катастрофічних опадів на території України з допомогою синоптичних і чисельних моделей хмарних утворень різних масштабів (Пірнач Г.А.)

Проведені дослідження фронтальної хмарності над Україною на основі супутникових даних (в видимому та інфрачервоному діапазонах спектра).Розроблено алгоритм чисельного моделювання сигналу радіометра супутника ( на основі мікрофізичної моделі шаруватоподібних хмар з різним фазовим складом і льодовими кристалами різних форм, розрахунків оптичних хараетеристик розсіяння світла системою частинок, вирішення рівняння переносу випромінювання в хмарному розсіючому середовищі). Проаналівзовано вплив мікроструктури на формування супутникового сигналу. Проведені попередні оцінки параметрів хмарності по даних супутника NOOA.Була оброблена інформація 3-6 березня 2001 року, територія Українських Карпат (Баханов В.П., Кривобок О.А., Дорман Б.А.).

Проведено польові радіолокаційні дослідження конвективних хмарних систем в гірській частині Криму (за допомогою радіолокаційних комплексів АКЗОПРІ та АНТИГРАД). Особливо досліджувалися характеристики обертання конвективних хмар, зокрема у зв’язку з їх градонебезпечністю (Лесков Б.Н., Пірнач Г.М., Сирота М.В.).

За допомогою радіолокаційних даних досліджені зв’язки між характеристиками мезомасштабної структури поля опадів з фронтальних хмар і параметрами атмосфери, отримані нові дані про механізм утворення мезомасштабних зон сильних опадів. Виявлено тісний звязок радіолокаційної відбиваності з вертикальним зсувом вітру і відхиленням вертикального градієнту температури від адиабатичного (Сухінський О.Н., Акімов М.М., Осокіна І.А.).

Створена вдосконалена модель розповсюдження конвективного струменя в умовах довільної стратифікації атмосфери та поля вітру, яка об’еднана з мезо- метеорологічною моделлю граничного шару атмосфери в єдиний розрахунковий комплекс. (Талерко М.М.).

Проведено комплексне дослідження (чисельне моделювання та аналіз даних спостережень) еволюції систем шароподібних та конвективних хмар і пов’язаних з ними небезпечних явищ над рівнинними та гірськими територіями України, яке включає в себе:

побудову діагностичних та прогностичних моделей систем шароподібних та купчастих хмар конкретних атмосферних фронтів та пов’язаних з ними атмосферних явищ;

радіолокаційні дослідження параметрів конвективних хмарних систем в гірській частині Криму, дослідження ресурсів придатних для активних впливів хмар та кількості природних опадів з метою визначення регіонів України, пріорітетних для промислового збільшення опадів в холодний період року;

комплексне дослідження (на основі радіолокаційних даних) фізики мезозон фронтальних хмар і розробка комплексної методики кількісного короткострокового прогнозу мезозон сильних опадів для степової частини України;

доопрацювання регіональної моделі переносу домішок в граничному шарі атмосфери з метою використання її для оперативних та прогностичних розрахунків забруднення повітря під час аварійних викидів.

Перспективні напрямки наукової діяльності:
Фундаментальні дослідження, які пов’язані з розробкою та удосконаленням математичних моделей прогнозу погоди та змін клімату (параметризація підсіткових процесів), задач транспортування атмосферних забруднень, виникнення небезпечних явищ, які пов’язані з конвективними хмарами в системах фронтів; для вдосконалення дистанційних (супутникових) методів зондування атмосфери при наявності хмар; для короткострокового прогнозу сильних опадів.

Дизайн MEDuza Studioвгору