Автор: Ирина Полонская

Команда исследователей из Иркутска и Томска подвела итоги трехлетней работы по гранту Российского научного фонда. Ученые из Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН (Томск) и Института солнечно-земной физики СО РАН (Иркутск) изучали, как крупномасштабные возмущения в стратосфере влияют на погоду у поверхности Земли и даже выше – в мезосфере и термосфере.

Кандидат географических наук Ольга Антохина из Института оптики атмосферы рассказала, что, работая над проектом, ученые разбирались, что происходит, когда стратосферу «лихорадит»:

— Представьте, что в разгар полярной ночи на высоте 30 – 50 км всего за несколько дней температура взлетает на десятки градусов. Это внезапное стратосферное потепление (ВСП) – мощный процесс, который может смещать или даже разрывать полярный вихрь – гигантскую воронку холода над Арктикой.

Ученые выяснили, что за последние полвека 53% самых сильных ВСП сдвигали вихрь, а 40% – расщепляли его на два центра. При этом средняя дата возникновения ВСП сдвинулась на 10 дней раньше. Неожиданным открытием оказалось, что расщепление вихря случалось даже при слабых потеплениях. Это значит, что их роль в прошлом могли недооценивать.

Кандидат физико-математических наук Ольга Зоркальцева из Института солнечно-земной физики отметила, что после 2000 года в верхней стратосфере начали чередоваться два сценария циркуляции: зимы с ранними потеплениями (когда ВСП случаются уже в декабре) и зимы с мощными, но поздними ВСП, которые полностью разрушают полярный вихрь и перестройка стратосферы на летний режим происходит в более ранние сроки.

— Главный парадокс в том, что, несмотря на глобальное потепление в тропосфере и похолодание в стратосфере, частота, сила и продолжительность ВСП не изменились, — подчеркнула Ольга Зоркальцева. – Однако наблюдаемое усиление межгодовой «раскачки» стратосферных условий – резкого чередования разных типов зим – делает долгосрочные прогнозы погоды менее надежными и подчеркивает исключительную сложность климатической системы.

Исследователи считают, что полученные в результате работы над грантом результаты позволили им сделать несколько выводов:

— ранние ВСП (декабрь – январь) чаще влияют на погоду в Северном полушарии, провоцируя аномальные холода в умеренных широтах;

— сильные ВСП во второй половине зимы (февраль – март) сильнее воздействуют на верхние слои атмосферы, включая ионосферу, а это значимо для связи и навигации;

— такая поляризация зим (то слабые ранние, то мощные поздние потепления) – новый тренд, который требует отдельного изучения;

— усиление контраста между разными типами зим снижает точность сезонных прогнозов, увеличивает риск неожиданных погодных аномалий, а также указывает на сложные нелинейные связи в климатической системе.

Чтобы объективно оценивать циркуляционные условия в стратосфере, ученые разработали новые методы. Среди них расчет площади полярного вихря – его деформации предупреждают о возможных сбоях в погоде и выявление «обрушений волн Россби» (ОВР), когда планетарные атмосферные волны размером с континент резко теряют энергию, создавая условия для ВСП.

— Анализ показал, что чаще всего волны обрушаются на  севере Тихого океана и Восточной Азии, особенно с октября по декабрь, — отметила Ольга Антохина. — Частота обрушений стала больше в начале зимы (в октябре – декабре) и в конце (в марте – апреле), но слегка меньше в январе – феврале.

За время реализации проекта, посвященного исследованиям крупномасштабных явлений в нижней и средней атмосфере и оценке их локального проявления на высотах мезосферы –нижней термосферы, ученые опубликовали 14 статей в высокорейтинговых российских и зарубежных журналах и представили свои результаты на десятках конференций.

27 апреля в институте прошел День открытых дверей, организованный Советом Научной Молодежи.
Ученые, инженеры и программисты рассказали студентам и школьникам о фундаментальных и прикладных проблемах, которые решаются в институте, о Национальном гелиогеофизическом комплексе РАН, а также об особенностях приемной кампании в 2025 году. Для гостей были организованы конкурсы, позволяющие расширить кругозор и больше узнать о физике ближнего космоса. Победителям были вручены небольшие памятные подарки.

Проект ученых Института солнечно-земной физики СО РАН по исследованию климатических изменений и эффектов экстремальных геофизических возмущений в верхней атмосфере Земли получил грант Российского научного фонда. Всего на конкурс «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» поступила 4491 заявка. По результатам экспертизы поддержано 534 проекта, в том числе заявка иркутских ученых. В состав научного коллектива ИСЗФ входят десять исполнителей, пять из них – в возрасте до 39 лет. Руководитель проекта – академик Гелий Жеребцов, известный специалист в области исследования атмосферы и ионосферы Земли, литосферно-атмосферно-ионосферных взаимодействий, солнечно-земных связей, космической погоды. Проект рассчитан на три года.

Гелий Жеребцов рассказал, что выявление климатических изменений и эффектов экстремальных геофизических возмущений в верхней атмосфере Земли имеет особую важность для понимания физико-химических процессов, протекающих в околоземном космическом пространстве, и эволюции околоземной среды:

— Основных задач проекта три. Первая – изучитьклиматические (за несколько солнечных циклов) изменения параметров ионосферы и верхней атмосферы и их сезонные особенности в Восточной Сибири. Вторая – исследовать экстремальные возмущения в верхней атмосфере и третья – разработать прогностические локальные модели ионосферы и регрессионные модели прогноза возмущений максимума электронной концентрации по возмущениям полного электронного содержания.

Ведущий научный сотрудник ИСЗФ СО РАН, доктор физико-математических наук Наталья Перевалова отметила, что преимуществом планируемого исследования является комплексный подход:

— Мы будем использовать различные индексы солнечной активности и суточно-сезонное разделение ионосферных параметров для оценки климатических изменений в ионосфере, а также индексы различных атмосферных осцилляций, чтобы оценить, как влияют процессы в нижележащих атмосферных слоях на температурный режим области мезопаузы. Впервые будет выполнен комплексный анализ метеорологических эффектов на высотах нижней ионосферы, имеющий практическое значение для оценки возрастания поглощения коротких радиоволн. Кроме того, также впервые мы проведем обобщенный ретроспективный (1958 – 1996 гг.) статистический анализ скоростей ветра в нижней ионосфере над югом Восточной Сибири, оценим климатические нормы и долговременные тренды скорости нейтрального ветра.

По словам ведущего научного сотрудника ИСЗФ СО РАН, кандидата физико-математических наук Ирины Медведевой, полученные в результате выполнения проекта новые знания могут быть полезны при разработке новых и модернизации существующих моделей атмосферы, а также технологий, обеспечивающих устойчивую работу спутниковых систем, систем радиосвязи и навигации, авиации, магистральных линий электропередач:

— Прогностические локальные модели ионосферы и регрессионные модели прогноза возмущений максимума электронной концентрации по возмущениям полного электронного содержания позволят существенно усовершенствовать методы и технологии, используемые в системах прогноза состояния околоземного космического пространства, и могут быть полезны для прогноза космической погоды.

Экспериментальные данные о состоянии верхней нейтральной атмосферы и ионосферы в спокойных и возмущенных условиях будут получены из многолетних наблюдений, выполненных на уникальном комплексе инструментов ИСЗФ СО РАН, а также на мировых сетях геофизических станций.

Институт солнечно-земной физики СО РАН проведет 27 апреля День  открытых дверей для будущих магистрантов и аспирантов. Мероприятие организовано советом научной молодежи института. Всех заинтересованных, в том числе и школьников молодые ученые ждут по адресу по адресу: улица Лермонтова, д. 126А (остановка общественного транспорта «Госуниверситет»), начало мероприятия в 11 часов.

Ученые, инженеры и программисты ИСЗФ расскажут о том, какие фундаментальные научные и прикладные проблемы решаются в институте и зачем институт прямо сейчас строит огромные научные установки стоимостью десятки миллиардов рублей. Кроме того, гостей ждет подробная информация о том, как поступить в магистратуру и аспирантуру ИСЗФ, а вчерашние выпускники расскажут, чем учеба в научной организации отличается от обычного вуза.

Напомним, в ИСЗФ СО РАН есть собственные магистратура и аспирантура. В магистратуре обучение осуществляется по физике, в аспирантуре – по физике космоса, астрономии, радиофизике, наукам об атмосфере и климате. Институт ввел программу дополнительной поддержки магистрантов и аспирантов, в рамках которой выплачиваются стипендии в размере 20 и 25 тысяч рублей, соответственно, обеспечивается трудовой стаж, предоставляется отсрочка от армии и места в общежитии.

Большую часть дисциплин преподают ученые-практики, которые работают в самом институте, поэтому информация – самая актуальная. Программа выстроена так, чтобы магистранты продолжили обучение в аспирантуре ИСЗФ СО РАН и стали специалистами в области исследований Солнца, межпланетного пространства, магнитосферы и ионосферы Земли как единой системы. Все теоретические дисциплины закрепляются практикой на обсерваториях института, именно там магистранты собирают уникальную информацию, которая становится базой для написания кандидатской.

Институт солнечно-земной физики СО РАН получил положительное заключение Главгосэкспертизы России о соответствии результатов инженерных изысканий требованиям технических регламентов для будущего строительства системы радаров. Объекты будут возведены в рамках реализации укрупненного инвестиционного проекта «Национальный гелиогеофизический комплекс РАН» (НГК РАН) и предназначены для изучения ионосферы и верхних слоев атмосферы Земли, а также околоземного космического пространства.

Как сообщил первый заместитель директора института доктор физико-математических наук Сергей Олемской, систему радаров построят в местности Харикта – урочище в Ольхонском районе Иркутской области, на территории Байкальской обсерватории физики атмосферы и экологического мониторинга ИСЗФ.

Система радаров включает в себя радар некогерентного рассеяния мезосферно-стратосферно-тропосферный (НР-МСТ) и декаметровый радар когерентного рассеяния.

— С их помощью ученые смогут исследовать процессы переноса энергии из нижней и средней атмосферы в ионосферу, а также взаимодействие магнитосферы с верхней атмосферой, — отметил Сергей Олемской. – По сути дела, это будет уникальный радиолокационный комплекс, который даст возможность получать информацию о динамике атмосферы Земли на высотах до 2000 км.

Ученый рассказал, что радар НР-МСТ станет ядром кластера радиофизических инструментов для исследования ионосферы и атмосферы в составе НГК РАН. Инструмент предназначен для исследования динамики нейтральной и ионизованной составляющей атмосферы на высотах от 105 до 2000 км с высоким временным и пространственным разрешением. Одной из основных задач радара станут комплексные исследования физических процессов в околоземном космическом пространстве – от тропосферы до термосферы, ионосферы и магнитосферы.

-Изучение верхней и средней атмосферы имеет и фундаментальное, и прикладное значение, — подчеркнул кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией радиофизических методов диагностики околоземного космического пространства ИСЗФ Валентин Лебедев. – Эти данные необходимы для решения проблем радиосвязи, безопасного вывода на орбиту космических аппаратов, использования авиации в высоких широтах, эксплуатации сетей высокоширотных линий электропередач.

Научный руководитель института академик РАН Гелий Жеребцов, который является научным руководителем НГК РАН, рассказал, что данные радара декаметрового диапазона позволят своевременно получать сведения о неблагоприятных факторах космической погоды, зарождающихся в Арктике.

— В целом результаты исследований ионосферы и верхней атмосферы с помощью системы радаров дадут ученым возможность проводить высокоинформативный мониторинг околоземного космического пространства, — отметил Гелий Жеребцов. — Эти данные важны и для космической и наземной радиосвязи, радиолокации и навигации, и для корректной работы космических аппаратов, и для контроля околоземного космического пространства, включая проблему кометно-астероидной опасности и космического мусора.

Напомним, финансирование проекта НГК РАН осуществляет Министерство науки и высшего образования РФ, заказчик (застройщик) — Институт солнечно-земной физики СО РАН. Проектирование объектов и строительство выполняет ИСЗФ с привлечением Особого конструкторского подразделения «АРС».

Справка:

Первый этап проекта НГК РАН включал в себя строительство комплекса оптических инструментов в поселке Торы (Бурятия), многоволнового радиогелиографа в поселке Бадары (Бурятия) и проектирование крупного солнечного телескопа-коронографа с диаметром зеркала три метра (положительное заключение Главгосэкспертизы России получено, как и положительное заключение по инженерным изысканиям для ведения строительных работ).

Вторая очередь проекта НГК РАН включает строительство лидара и комплекса радаров на Малом море (местность Харикта), нагревного стенда под Ангарском (Одинск) и центра обработки данных (Иркутск). В конце 2024 года ИСЗФ СО РАН получил положительное заключение Главгосэкспертизы по инженерным изысканиям для строительства Центра управления, в начале 2025 года – положительное заключение по лидару и нагревному стенду.

В Институте солнечно-земной физики СО РАН разрабатывается проект по развитию научного туризма. До октября 2025 года документ будет направлен в Министерство науки и высшего образования РФ. Об этом сообщила директор ООО «Солнечный ветер» (дочерней структуры ИСЗФ СО РАН) Ирина Тихомирова.

Проект предусматривает возведение домиков для размещения туристов, благоустройство обзорных площадок, установку информационных стендов, а также обустройство территорий, включающее отсыпку дорог, прокладку тропинок, строительство парковок на территориях Байкальской астрофизической обсерватории (поселок Листвянка Иркутской области), радиоастрофизической обсерватории (урочище Бадары, Республика Бурятия) и Саянской солнечной обсерватории (поселок Монды, Республика Бурятия).

— Инфраструктура планируется круглогодичная, – отметила Ирина Тихомирова. – Экскурсии будут проводить популяризаторы науки, с которыми мы давно и плодотворно сотрудничаем. Кроме того, штат экскурсоводов планируется расширить за счет привлечения к этой работе студентов иркутских вузов.

Туры по обсерваториям будут длиться несколько дней. Кроме обсерваторий ИСЗФ, туристы побывают также на нейтринном телескопе, на станции сети Квазар-КВО и в Гамма-обсерватории Taiga. При разработке туров учтены культурная и гастрономическая составляющие – запланирована экскурсия по достопримечательностям Иркутска, посещение концерта этнической музыки в планетарии и знакомство с национальной бурятской кухней.

По словам Ирины Тихомировой, разработка проектно-сметной документации по всем объектам завершится к концу лета. Сейчас проводятся геодезические работы. Первым объектом благоустройства станет Байкальская астрофизическая обсерватория, где уже более шести лет проводятся экскурсии для детей и взрослых. Здесь на средства гранта фонда Владимира Потанина, выигранного музеем ИСЗФ СО РАН, создана  инсталляция  интерактивной научной экскурсии «Дорога к Солнцу». В рамках реализации первого этапа проекта  на территории обсерватории планируется отсыпать дорогу, обустроить автомобильную парковку, проложить пешеходные дорожки к Большому солнечному вакуумному телескопу, установить санузлы.

Первый заместитель директора ИСЗФ СО РАН, доктор физико-математических наук Сергей Олемской рассказал, что научное учреждение уже несколько лет последовательно работает над программой развития научного туризма:

— Мы с огромным вниманием относимся ко всему, что связано с популяризацией научного знания. Очень надеюсь, что кто-то из тех, кто сегодня ходит на экскурсии в наши обсерватории, завтра получит специальное образование и придет к нам работать – институт сейчас строит уникальные объекты Национального гелиогеофизического комплекса, поэтому нам очень нужны новые кадры. Это современные инструменты, это будущее науки, в прямом смысле дорога к тайнам Солнца!

Напомним, министр высшего образования и науки РФ Валерий Фальков летом 2024 года, во время посещения строительной площадки Крупного солнечного телескопа с диаметром зеркала 3 метра в Мондах, подчеркнул необходимость привлечения молодежи в науку:

— В Тункинской долине, где находится Саянская солнечная обсерватория ИСЗФ СО РАН, множество уникальных научных инструментов для исследования Солнца и околоземного космического пространства, все вместе они могут и должны стать объектами научного туризма. На экскурсии в эту Научную долину должны приезжать лучшие студенты профильных вузов со всей России, чтобы своими глазами увидеть уникальные научные инструменты и оценить их потенциал.

В январе мировые центры данных об атмосфере обработали данные наблюдений за 2024 год, в результате было установлено, что побит новый рекорд средней температуры по Земному шару. Как отметила преподаватель аспирантуры Института солнечно-земной физики СО РАН кандидат физико-математических наук Ольга Зоркальцева, по прогнозам такая температурная аномалия ожидалась на десять лет позже. Не обошли эти процессы и территорию Российской Федерации.

— Даже на фоне средних температур за 2000 – 2024 годы, декабрь прошлого года выглядит впечатляюще: приземный воздух над всей территории России оказался теплее обычного в среднем на пять градусов.

По данным Иркутского Гидрометцентра, с ноября по январь по всей области отмечались положительные температурные аномалии. Так, в Иркутске температура была выше среднего на 2,6 – 7,8 ˚С, на севере, например, в Киренске – от 4,2 до 13,6 ˚С.  Количество осадков также оказалось выше нормы, исключая первую половину января в Иркутске.

Ольга Зоркальцева напомнила, что зима в Иркутске началась весьма необычно – впервые за многолетний период наблюдений отмечался дождь 28 ноября и столбик термометра не опускался ниже 0 даже ночью. Это было связано с быстрым переносом теплого и влажного воздуха с севера Атлантики в наш регион. 

— Этой зимой активность атлантического воздуха в Иркутской области высокая. Такой тип циркуляции называется зональным и является нормой для атмосферы. Однако мы наблюдали одно уникальное явление – над нашей территорией не сработал так называемый парадокс глобального потепления.

Зимой в полярных широтах наблюдается дефицит солнечной радиации, что приводит к выхолаживанию и формированию холодного полярного вихря. Из-за изменения температуры и давления между высокими и низкими широтами в средних широтах формируется струйное течение, вдоль которого воздух движется с запада на восток в Северном полушарии. Особенностью Северного полушария является чередование континентов и океанов в средних широтах, из-за чего струйное течение деформируется и «волнит». На гребне таких больших планетарных волн воздух теплый, а в ложбинах – холодный. Глобальное потепление, в эпоху которого мы живем, дополнительно усиливает энергию таких волн и приводит к их «застреванию» над определенной территорией, что вызывает аномальный холод в ложбине и оттепели на гребне. Этот эффект называют парадоксом глобального потепления.

Однако нынешней зимой эти процессы стационирования и обрушения планетарных волн выглядят гораздо слабее по сравнению с предыдущими зимами, которые отличались экстремальными холодами – вспомните, например, холодные декабрь и февраль прошлой зимы.

— Сейчас трудно выделить какую-то одну причину, из-за которой «нервный» характер погоды в эпоху глобального потепления не проявился в ноябре 2024 – январе 2025 в Северном полушарии. Однако одно можно сказать точно: нормальная зональная циркуляция привела к аномально теплой зиме в России, в том числе из-за сдвига границы полярного вихря в более высокие широты. При этом уже в середине января зональная циркуляция была нарушена, и над Америкой сформировалась глубокая ложбина, которая вызовет деформацию струйного течения во всей атмосфере. К концу января ожидается гребень тепла над Европой и глубокая ложбина над Сибирью. А это приведет к похолоданию в нашем регионе. Так что холода обязательно будут.