От неидеальных кристаллов к реальной модели

Прогнозирование погоды и глобальных изменений климата – важная задача для современной науки. Исследователи ТГУ вместе с коллегами из института оптики атмосферы СО РАН выясняют, как перистые облака влияют на климат Земли. О работе Александра Коношонкина, одного из молодых ученых радиофизического факультета ТГУ, вышла статья в газете СО РАН «Наука в Сибири». 

Александр работает накафедре оптико-электронных систем и дистанционного зондирования ТГУ и в Институте оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН. В 2015 году он стал лауреатом гранта Президента РФ для кандидатов наук в области наук о Земле, экологии и рационального природопользования. Ученый занимается построением теоретической модели рассеяния света в перистых кристаллических облаках.

– Чтобы правильно прогнозировать, сначала необходимо создать общую глобальную оптическую и климатическую модель планеты, – рассказывает ученый-радиофизик. – Зная оптическую модель планеты, можно рассчитать её радиационный баланс, то есть количество энергии (тепла), поступающей от Солнца к земной поверхности. Часть энергии отражается от облаков и уходит в космос, а оставшаяся (большая) часть проходит сквозь облака и достигает поверхности Земли. В рамках этой большой задачи стоит маленькая подзадача – определить, каким образом на погоду и изменения климата влияют облака самого верхнего уровня – перистые.

Они отличаются от остальных, жидко-капельных, тем, что состоят из кристаллов льда. В связи с этим свет рассеивается качественно по-другому, и нужно узнать, как это происходит, на примере хотя бы одного кристалла.

– Мы создаем оптическую модель кристалла, чтобы выяснить, как рассеивается свет на частицах перистых облаков, – говорит Александр Коношонкин. – Размеры кристаллов в облаке – от 10 микрон до 1 миллиметра. Если бы кристаллы были меньше или больше, то с расчетами не возникло бы проблем, сейчас есть много точных методов решения для мелких и больших частиц. Задачи, подобные нашей, решают коллеги из Америки, мы идем с ними почти на одном уровне, периодически обгоняя друг друга.

Кристаллы льда имеют форму выпуклых шестигранников, пластинок или столбиков – в зависимости от погодных условий. Затем идет их развитие – они могут расти и агрегироваться между собой.

– Как и все другие исследователи, до недавнего времени мы изучали кристаллы-шестигранники правильной, идеальной формы, – добавляет молодой ученый. – Однако с марта этого года мы исследуем, как влияют на рассеивание кристаллы неидеальной формы. Оказалось, что при изменении угла даже на 1 градус качественно меняются характеристики. Этот факт позволил нам существенно приблизиться к интерпретации экспериментов, которые проводятся нашими учеными, работающими с лидаром. Теперь мы точно понимаем, что к отличиям в результатах приводит неидеальность кристаллов. Это качественно новое достижение, которое позволит нам построить глобальную модель.

Сейчас Александр работает с выпуклыми частицами льда, однако следующий шаг в его исследовании – жидко-капельная фаза, когда кристалл становятся большим невыпуклым и при свет начинает рассеиваться по-другому. Далее совместно с коллегами из Новосибирска планируется построение общей модели облака и изучение переноса излучения в облаке.