#ифа_статьи

Чем мы дышим в Москве? Учёные ИФА РАН и Томского политеха исследовали состав столичного воздуха зимой

Москва — огромный мегаполис, который постоянно развивается. Строятся новые районы, дороги, промышленные объекты, что неизбежно влияет на качество воздуха, которым мы дышим. Одним из ключевых факторов загрязнения являются аэрозольные частицы, особенно пылевые. Долгое время оставалось мало сведений о том, из чего конкретно состоят эти частицы в московском воздухе и какую опасность они несут.

Почему важно исследовать морфологию и состав аэрозольных частиц в атмосфере? Морфология и состав аэрозольных частиц напрямую влияют на их реакционную способность в атмосфере. Это, в свою очередь, сказывается на оптических свойствах атмосферы (как воздух рассеивает и поглощает свет), радиационном режиме (сколько солнечной энергии достигает Земли), химических процессах (как загрязняющие вещества взаимодействуют друг с другом), образовании облаков и климате Земли, а также на здоровье человека (форма и размер частиц определяют, насколько глубоко они проникают в лёгкие).

📑 Недавно вышла статья, авторами которой являются учёные из Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН (ИФА РАН) и Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ). В своём исследовании они сосредоточились на изучении морфологии и минерального состава пылевых аэрозольных частиц в приземном слое атмосферы Москвы в зимний период.

Исследование минерально-вещественных характеристик пылевых частиц позволило выявить и идентифицировать как природные, так и техногенные образования в составе московских аэрозолей в зимнее время. По результатам картирования поверхности фильтра с аэрозольной пробой установлено, что большая часть микроминералов в пылевых частицах аэрозолей зимой представлена кальциевыми фазами. Это может быть связано, например, с использованием реагентов на дорогах или строительной деятельностью. В меньшей степени присутствуют силикатные и алюмосиликатные частицы. Минералы и сплавы железа составляют порядка 10-15% поверхности образца.

Учёные обнаружили микрочастицы, содержащие широкий спектр потенциально токсичных элементов — тяжёлых металлов и металлоидов. Эти элементы могут представлять опасность для здоровья населения. Их происхождение характеризуется как техногенное или смешанное, что подтверждается результатами синхронных исследований элементного состава аэрозолей. Выделено несколько основных групп металлосодержащих микрочастиц в приземном аэрозоле:
🔘Сульфаты: преимущественно барий (Ba), стронций (Sr).
🔴Сульфиды: железо (Fe), сурьма (Sb), свинец (Pb).
🔘Оксиды: железо (Fe), медь (Cu), мышьяк (As), кадмий (Cd), вольфрам (W), свинец (Pb).
🟡Интерметаллиды: такие как Pb-Sn-Zn, Pb-Zn, Cu-Zn, Cu-Pb, Te-Sb-Al-Bi, Fe-Ni-Cu-Sn, Fe-Cr-Ni.
🟣Самородные металлы: свинец (Pb), цинк (Zn), никель (Ni), теллур (Te), железо (Fe), цирконий (Zr), вольфрам (W).

Пылевая фракция частиц вносит основной вклад в общую массу атмосферных аэрозолей. При этом пыль, образующаяся в результате человеческой деятельности, представляет опасность для окружающей среды и здоровья населения, поскольку может содержать потенциально токсичные элементы.

— отмечает один из авторов исследования Дина Петровна Губанова, к.ф.-м.н., с.н.с. Лаборатории газовых примесей атмосферы ИФА РАН.

Результаты этого исследования дополняют знания о составе воздуха в мегаполисе и могут быть использованы для более точной оценки роли аэрозольных частиц в атмосферных процессах, а также для разработки мер по улучшению качества воздуха.

📄 Подробнее с результатами исследования можно ознакомиться в статье: Микроминеральный состав и морфология пылевых частиц приземного аэрозоля в Московском мегаполисе зимой // Д.П. Губанова, С.С. Ильенок, А.В. Таловская.

#ифа_интервью

🌊 Между небом и водой: как учёные изучают процессы на границе атмосферы и гидросферы

Недавно на портале «Научная Россия» вышло интервью с зам. директора ИФА им. А.М. Обухова РАН, заведующей лабораторией взаимодействия атмосферы и океана, профессором РАН, д.ф.-м.н. Ириной Анатольевной Репиной.

*️⃣Чем занимается ваша лаборатория?

Лаборатория взаимодействия океана и атмосферы была создана в 1985 г. зам. директора ИФА им. А.М. Обухова АН СССР, океанологом Юрием Александровичем Волковым. Ее деятельность была прежде всего направлена на экспериментальные исследования процессов в приводном слое атмосферы. Сегодня наша лаборатория изучает процессы взаимодействия атмосферы не только с океаном, но и с криосферой и гидросферой. Занимаемся также и взаимодействием атмосферы с сушей, то есть нас интересует все, что происходит в атмосфере, когда поток воздуха движется над какой-то поверхностью. Но, естественно, океан у нас остается главным.

Ирина Анатольевна также отмечает, что океан является ключевым фактором климатических изменений, во многом из-за взаимодействия с атмосферой. Здесь возникают опасные явления, такие как циклоны и ураганы, чья интенсивность зависит от этого взаимодействия. Исследование волнений в океане важно для планирования судоходства и хозяйственной деятельности в прибрежной зоне.

*️⃣Какие интересные вещи вам приходится наблюдать при изучении озер и водохранилищ?

Очень интересные структурные особенности возникают при взаимодействии озёр поверхности с атмосферой: структура волнения, совсем другая, чем в океане, сильно влияние берега. Из-за него в атмосфере возникают вторичные циркуляции, которые тоже вносят существенный вклад в эти процессы.

По заказу компании «Русгидро» мы делали уникальнейшую работу по исследованию крупные водохранилища России: от Саяно — Шушенской до Колымской в Сибири, до Чиркейской и каскада водохранилищ на Волге. В течение трех лет каждый сезон мы проводили их комплексную съемку, изучали гидрологию и баланс парниковых газов.
Было обнаружено, что водохранилища выделяют метан из-за разложения органических веществ на дне. Кроме того, они могут снижать уровень углекислого газа в атмосфере благодаря органике, поступающей с водосбора, а также через фотосинтез.

⤵️ Подробнее читайте на сайте и смотрите в видеозаписи интервью.

Информацию о направлениях исследований Лаборатории взаимодействия атмосферы и океана - в докладе И.А. Репиной на совместном семинаре ИФА РАН - Гидрометцентра России"

#ифа_статьи

Роль дренажных каналов осушенных торфяников в изменении климата

🍀 Торфяники, хотя и занимают около 3% поверхности Земли, играют ключевую роль в долгосрочном хранении углерода. Однако их осушение и добыча торфа нарушают углеродный баланс, особенно через дренажные сети, которые способствуют изменению эмиссии парниковых газов и выносу углерода. Для прогнозирования изменений в антропогенно-нарушенных торфяниках и разработки мер по их рекультивации необходимо изучение факторов, влияющих на баланс углерода и химический состав дренажных вод.

📒 В статье коллектива авторов из Института лесоведения РАН и Института физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН (Л.А. Кривенок, ЛПГ) исследованы дренажные каналы Тарманского болотного массива (Тюменская область, Западная Сибирь) на основе исторических и современных данных и изучена сезонная динамика ионного состава, растворенного углерода и потоков углекислого газа (CO2) и метана (CH4) в атмосферу за 2024 год.

💩Полученные результаты выявили возрастающую роль испарительного концентрирования (вода из каналов испаряется, а минеральные и органические вещества остаются) в формировании состава воды с момента запуска дренажной системы, что выражается в увеличении доли хлорид-иона и натрия в химическом составе, что приводит к формированию вторичных минералов (монтмориллонитов и карбонатов), которые равновесны с водой и устойчивы в среде, в которой сформировались. Характер равновесий в карбонатной системе и соотношение основных компонентов химического состава показали, что на протяжении функционирования дренажной системы происходит перераспределение углерода путем растворения и осаждения карбонатов.

Анализ сезонной динамики содержания растворенного углерода и потоков парниковых газов выявил четкие закономерности. Летом удельные потоки CO2 и CH4 с обводненных дренажных каналов увеличились, в то время как эмиссия CO2 с поверхности пруда снизилась. Примечательно, что на пересыхающем летом дренажном канале удельные потоки CO2 из его переувлажненных донных отложений снизились более чем в пять раз по сравнению с весенними значениями, а удельные потоки CH4 оставались близкими к нулю. При этом как CH4, так и CO2 накапливались в поровых водах в растворённом виде.

- комментирует научный сотрудник ИФА РАН Людмила Кривенок.

Подобные исследования важны для:
🤝Исследования динамики процессов, происходящих в болотах, в рамках глобального изменения климата;
🤝 Устойчивого управления водно-болотными угодьями;
🤝Разработки научно обоснованных природоохранных стратегий;
🤝Уточнения моделей углеродного баланса и улучшить национальные отчеты в рамках климатических соглашений.

Рисунок: Диаграмма, отображающая данные по составу воды осушительной системы Тарманского торфяника. Отбор проб 2024 г.: (1) весна, (2) лето, (3) осень. Отбор проб 1969–1971 гг.: (4) весна, (5) лето, (6) осень.

🤬Подробнее читайте в статье.

🎂 Поздравляем Александра Аркадьевича Макоско с 70-летием!

Сегодня, 31 июля, мы с большой радостью поздравляем с 70-летним юбилеем выдающегося ученого, заведующего Лабораторией моделирования атмосферного переноса Института физики атмосферы, члена-корреспондента РАН Александра Аркадьевича Макоско.

🔬 Александр Аркадьевич возглавляет Лабораторию моделирования атмосферного переноса с 2010 года. Он является признанным специалистом в ключевых областях физики атмосферы, включая:
🔘Математическое моделирование атмосферы и учет влияния неоднородностей поля силы тяжести на атмосферные процессы.
🔘Оценку негативного воздействия экстремальных факторов окружающей среды.
🔘Изучение рисков загрязнения атмосферы для качества жизни и здоровья населения.
Под его руководством защищены кандидатские и докторская диссертации.

🏆 Александр Аркадьевич Макоско является лауреатом Национальной экологической премии в номинации «Экология города», Международного конкурса МААН на лучший научно-издательский проект «Научная книга» в номинации «Естественные науки», Макариевской премии по естественным наукам в номинации «Научные исследования в области рационального природопользования, экологии и охраны окружающей среды».
За свои заслуги Александр Аркадьевич награжден премией правительства РФ в области науки и техники «За разработку научно обоснованного комплекса моделей для управления стратегическим развитием транспортной инфраструктуры Сибири, Дальнего Востока и Российской Арктики в условиях изменения климата». Александр Аркадьевич Макоско награжден государственными и ведомственными наградами.

🎊 От всего коллектива Института мы хотим выразить Александру Аркадьевичу Макоско искреннюю благодарность за многолетнюю и плодотворную работу. Желаем ему крепкого здоровья, большого счастья и дальнейших успехов в научной деятельности!

#ифа_интервью

Как глобальное потепление меняет привычную погоду?

⛅ Климат в европейской части России меняется: лето наступает раньше и заканчивается позже, а осадки всё чаще принимают ливневой характер. О том, как климатические процессы трансформируют погоду, рассказал зам. директора ИФА им. А.М. Обухова РАН, к.ф.-м.н. Александр Чернокульский в интервью «Известиям».

Летняя жара в апреле. Холодные май и июнь, затем резкий приход тепла и частые дожди в июле. Можно ли считать всё это аномалией или нормальной ситуацией?
Смена жары в апреле на холода в мае и июне, а затем резкое наступление тепла — это не аномалия, а часть новых климатических реалий. По словам Александра Чернокульского, мы просто отвыкли от старой нормы, к тому же теперь погода всё чаще определяется так называемыми блокирующими антициклонами.
😵‍💫 Эти антициклоны препятствуют обычному переносу воздушных масс с запада на восток, что приводит к меридиональному переносу — движению воздуха с севера на юг и наоборот. В итоге погода в разных регионах может сильно отличаться: если в Москве холодно, то в Европе может быть аномальная жара, как это было в июне этого года, или наоборот, как в 2010 году. В современных условиях такие блокирующие антициклоны будут возникать чаще.

Грозы и дожди — следствие потепления?

Глобальное потепление проявляется локально, и в нашем регионе оно приводит к повышению содержания влаги в воздухе. Это создаёт благоприятные условия для развития опасных явлений, таких как сильные ливни, крупный град и шквалы, особенно в средней полосе и на юге Сибири.

Как климат меняется в регионах России?
🔘На севере и в центре Сибири: учащаются лесные пожары, происходит таяние вечной мерзлоты.
🔘На юге Дальнего Востока, в Краснодарском крае и на Черноморском побережье: усиливаются интенсивные ливни и наводнения.
🔘В южной части европейской России: летом наблюдается засуха, но зимой увеличивается количество осадков.
🔘В крупных городах, таких как Москва, а также в Черноземье и Поволжье: чаще происходят волны жары.

Чего ждать в ближайшем будущем?

Уже сейчас можно заметить, что лето становится длиннее — оно начинается на несколько недель раньше и заканчивается позже. Зима, напротив, сокращается. Например, первая половина сентября всё чаще воспринимается как продолжение лета. Эти тенденции будут сохраняться, но резких и критических изменений в ближайшие годы не ожидается.

⤵️Подробнее читайте в интервью.

#ифа_интервью

☁️ Как работает прогноз погоды

Каждый день мы проверяем прогноз погоды, но задумывались ли вы, как он создается? На самом деле, это комплексный процесс, в подготовке которого участвуют тысячи специалистов, используются данные стационарных, спутниковых и других видов наблюдений, а также суперкомпьютерное моделирование.

Прогнозирование погоды представляет собой сложный и многогранный процесс, начинающийся с тщательного сбора метеорологической информации. Каждые три часа данные от наземных станций, радаров, морских судов и спутников поступают в мировые информационные центры. Эта информация служит основой для прогностических моделей, которые обрабатываются и анализируются. Результаты этих моделей затем передаются синоптикам, которые формируют прогнозы для различных пользователей — от авиации и сельского хозяйства до простых граждан, нуждающихся в актуальной информации о погоде.

🌐 Об истории развития прогноза погоды, его точности, роли синоптиков и об исследования Арктики рассказывает младший научный сотрудник Лаборатории взаимодействия атмосферы и океана ИФА им. А.М. Обухова Екатерина Марчук в интервью каналу «Сортировочная».

#ифа_исследования

🏔Одним из крупнейших российских бальнеологических и горноклиматических курортов государственного значения является г. Кисловодск, расположенный в особо охраняемом эколого-курортном регионе Кавказских Минеральных Вод. Для туристических районов особенно важны контроль и прогноз качества воздуха. Анализ источников загрязнения воздуха, проводимый учёными из Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, предполагает совместное использование данных измерений и химико-транспортного моделирования (ХТМ).

🛁 В качестве целевой примеси выбрана двуокись азота, которая является не только индикатором загрязнения атмосферы, но и оказывает негативное воздействие на здоровье человека и экосистемы. В г. Кисловодске на Высокогорной научной станции ИФА РАН установлен прибор (рис., слева вверху), который позволяет проводить измерения содержания двуокиси азота (NO2) в приземном слое атмосферы методом многоугловой дифференциальной спектроскопии (MAX DOAS). Он подразумевает измерения спектров интенсивности рассеянного солнечного излучения под несколькими углами по горизонтали. Такая геометрия измерений позволяет решить обратную задачу восстановления горизонтального распределения газов в нижней тропосфере (рис., справа).

📊 На рисунке в центре показаны первые результаты восстановления временной изменчивости вертикального распределения двуокиси азота над г. Кисловодском при выбранных азимутах сканирования. Азимуты сканирования пронумерованы на нижнем, правом и центральном рисунке (от 1 до 4). Для всех направлений воспроизводится утренний пик содержания двуокиси азота, связанный, предположительно, с загруженностью дорог автотранспортом в утренние часы.

❗️Таким образом, проводимые наблюдения MAX DOAS позволяют исследовать особенности изменений горизонтального и вертикального распределения NO2 над г. Кисловодском в течение дня. Привлечение химико-транспортных моделей позволит более точно выявлять источники загрязнения воздуха и осуществлять контроль и прогноз качества воздуха.

❓ Настолько ли критичен «критический обзор» министерства энергетики США о климате?
 
💬 Министерство энергетики США недавно выпустило 140-страничный критический обзор воздействия парниковых газов на климат США, 5 авторов которого собрали под одной обложкой ряд открытых вопросов к антропогенной теории глобального потепления. Мы попросили прокомментировать ученых Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН данный обзор.
 
🔈 «В климатологии, как и в любой другой активно развивающейся науке, есть установленные факты, и есть ряд нерешенных вопросов, которые требуют дальнейшего изучения. Например, до сих пор точно не определена чувствительность глобальной температуры к росту концентрации СО2, не до конца ясен знак обратной связи, обусловленной облаками (будут ли изменения облаков в ответ на потепление дополнительно его усиливать или ослаблять), и т.д. Обсуждению этих вопросов и поиску их решений посвящены сотни, если не тысячи научных работ.
➖Представленный «критический обзор» по сути упрощает все до одной мысли: раз есть ещё что-то неизвестное, то и вся теория неверна. Это конечно же не так.
➖В целом, ничего «критического», равно как и нового, в докладе нет, воспроизводятся хорошо известные нарративы скептиков («рост СО2 – это благо», «естественная изменчивость недооценивается», «модели не совершенны» и т.д.). Используются стандартные приемы: однобокий подбор редких фактов, подтверждающих изначальную мысль и игнорирование многочисленных фактов, не вписывающихся в исходную задачу, которая, видимо, была поставлена Министерством энергетики США перед группой авторов» — отмечает заместитель директора ИФА к.ф.-м.н. А.В. Чернокульский.
 
🔈 Заведующий лабораторией теории климата ИФА д.ф.-м.н. А.В. Елисеев указывает на принципиальные неточности доклада:
➖«Закисление океана основано на хорошо исследованных химических процессах, и его факт не вызывает сомнения.
➖Вклад СО2 в "озеленение" планеты близок к насыщению из-за недостатка биодоступного азота и фосфора в почве для дальнейшего роста продуктивности экосистем, а также ввиду хорошо известной нелинейности влияния концентрации СО2 на интенсивность фотосинтеза.
➖Сравнение моделей с данными наблюдений на рис 5.2 некорректно. По сути, различия проявляются только в период так называемой "паузы потепления" (2000-е и начало 2010-х гг.), возникновение которой в настоящее время связывается с естественной изменчивостью климата. Более того, на этом рисунке нет данных о глобальной температуре за 2023 и 2024 гг., что странно для доклада 2025 года».
 
🔈 «В целом, очевидна ангажированность подобных докладов, выводы которых в зависимости от политической конъюнктуры скачут от одной крайности к другой» — комментирует директор ИФА академик РАН В.А. Семенов.
➖«То предсказывают уже послезавтра всемирный потоп и гибель человечества из-за антропогенных выбросов углекислого газа и призывают срочно и любой ценой перейти на возобновляемые источники энергии, то заметают под ковер очевидные научные факты и предлагают жечь нефть, газ и уголь все больше и больше, потому что это только полезно.
➖Решение задач науки о климате, в т.ч. выявления механизмов современных и прогноза будущих изменений климата — это фундаментальная проблема физики атмосферы и океана, которая не зависит от политических реалий. Выводы специалистов (в том числе и выводы Третьего оценочного доклада Росгидромета, авторами и рецензентами которого были главные эксперты России в вопросах изменения климата) о ведущей роли антропогенных  воздействий в глобальных изменениях климата последних десятилетий основаны на всесторонней диагностике и моделировании происходящих изменений климата. Они никак не связаны с их позицией по вопросам «зеленой энергетики», углеродного регулирования, подругим экономическим и политическим инициативам. Эти выводы являются результатами естественно-научных исследований и прошли научную экспертизу, а во многих случаях и проверку временем» – добавляет В.А. Семенов.

📃 Коллектив авторов из МГИМО, МГУ им. М.В. Ломоносова, ИФА им. А.М. Обухова РАН, ИГКЭ им. Академика Ю. А. Израэля и «КарбонЛаб» подготовили научный Доклад о справедливом международном сотрудничестве в сфере низкоуглеродного развития и адаптации к изменениям климата.

🌎 Доклад предлагает критический анализ существующих подходов к одной из важнейших глобальных проблем — проблеме защиты климата. Несмотря на усилия мирового академического и политического сообщества по созданию эффективной системы международного климатического регулирования, становится очевидным, что эта проблема должна рассматриваться в контексте других вызовов устойчивого развития. Это особенно актуально в условиях обострения международных отношений и растущего понимания того, что успех глобальных климатических усилий зависит от фундаментальных социокультурных факторов.

В докладе отмечается, что перспективная климатическая политика должна включать:
🟢 Справедливый учет вклада стран в изменение климата и распределение выгод и издержек, включая поддержку «зеленой» политики.
🟢 Формирование устойчивой модели потребления, основанной на экологических ценностях.
🟢Создание содружеств для совместной климатической политики на базе общего социально-экономического фундамента, например, в рамках БРИКС, ШОС или ЕАЭС.

Рис. Рейтинг стран по уровню климатического риска
(в порядке убывания величины причиненного ущерба) с учетом опасных явлений, реализовавшихся в 2000–2019 гг. Источник: Global Climate Risk Index 2021 (Germanwatch, 2021).

➡️ Более подробные результаты исследования представлены в девяти тематических главах, охватывающих различные аспекты климатической политики.

#ифа_статьи

🧪 Столкновения атомов и молекул в газах приводят к возникновению появляются "электрических свойств" (дипольных моментов), и это вызывает поглощение света. Такой эффект называется столкновительно-индуцированным поглощением (СИП). Учёт СИП важен для моделирования радиационных свойств атмосфер планет и астрофизических объектов. Однако точное моделирование СИП требует учета квантовых эффектов, что вычислительно затратно, особенно для систем с большим числом степеней свободы.

📑В статье, опубликованной в Physical Review A, исследователи из Лаборатории атмосферной спектроскопии Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН (Финенко А. А. и Чистиков Д. Н.) изучают, как свет поглощается газами с учётом столкновения атомов или молекул между собой. В работе было предложено два метода расчёта квантовых поправок к низшим спектральным моментам СИП: разложение Вигнера – раскладывает квантовые эффекты в ряд (как многочлен) и метод континуального интеграла - представляет квантовую частицу как "цепочку бусин". В качестве примера рассмотрена система гелия и аргона (He-Ar), где трансляционные квантовые эффекты особенно заметны из-за малой массы гелия.

🔬Оба метода были проверены сравнением с прямыми квантово-механическими расчетами в формализме волновой механики и показали отличное согласие, подтверждая их надежность. Полученные результаты показали, что методы Вигнера и континуального интеграла позволяют избежать трудоемких квантовых расчетов. Это открывает новые возможности для моделирования СИП в сложных системах. В перспективе эти методы могут быть применены к более сложным молекулам, например, к системам с участием водорода (H₂-X), где классическое описание не способно воспроизвести вращательную структуру спектра.

Рисунок – Температурное изменение относительного отклонения нулевого спектрального момента от классического значения (a) и от квантово-механического значения (b), а также абсолютного значения первого спектрального момента (c) и его относительного отклонения от квантово-механического значения (d).