Учреждение академии наук Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова

Институт физики атмосферы образован в 1956 году при реорганизации Геофизического института АН СССР с целью изучения основных процессов в атмосфере, опираясь при решении конкретных задач на достижения физики, механики и прикладной математики. Организатором Института и его бессменным директором до своей кончины 3 декабря 1989 г. был академик Александр Михайлович Обухов. В 1995 году Институту было присвоено имя А.М. Обухова.

С 1990 года директором Института является академик Г.С. Голицын.

С 2006 года директором Института является член-корреспондент И.И.Мохов

Институт имеет три научные станции: Звенигородская в Московской обл., Высокогорная в районе Кисловодска и Цимлянская в Ростовской обл., которые обеспечивают проведение наблюдений, полевых и научных исследований.

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН - один из ведущих научных центров страны и мира в области науки об атмосфере. Здесь решаются проблемы теории климата, динамики и физики атмосферы, состава атмосферы и его трансформации, физики и химии верхней атмосферы, атмосферной оптики, спектроскопии и акустики современными теоретическими и экспериментальными методами. Разрабатываются рекомендации по использованию полученных фундаментальных результатов для решения конкретных научных и прикладных задач.

В разработке основных направлений деятельности Института, формировании ядра его коллектива и организации научных исследований участвовали под руководством первого директора Института академика А.М. Обухова выдающиеся ученые: Б.М. Бовшеверов, Г.С. Голицын, А.С. Гурвич, В.И. Дианов-Клоков, В.И. Красовский, А.С. Монин, Г.В. Розенберг, В.И. Татарский, Е.М. Фейгельсон, А.М. Яглом и другие.

Широко известны работы Института по проблемам турбулентности атмосферы. А.М. Обухову совместно с А.Н. Колмогоровым принадлежит формулировка теории локальной однородной и изотропной турбулентности для флуктуации скорости. Позднее (1949) А.М. Обухов развил теорию флуктуаций для давления и пассивной примеси, включая температуру. На основе этих законов впервые в мире А.М. Обуховым теоретически обоснованы и под руководством В.М. Бовшеверова разработаны акустические методы измерения турбулентного рассеяния звука (1958), что позволило создать акустические радары - содары. Под руководством В.М. Бовшеверова были заложены основы методов акустической анемометрии и термометрии, получившие широкое распространение в мировой практике. Созданная А.С.Мониным и А.М.Обуховым теория подобия (1953,1954) турбулентного приземного слоя атмосферы, прошедшая первую экспериментальную проверку на Цимлянской научной станции ИФА, по сей день является необходимым блоком всех существующих климатических моделей.

В ИФА зародилось и получило широкое признание в мире новое научное направление – исследование распространение волн (световых, звуковых и радиоволн) в турбулентной атмосфере, которое основал А.М. Обухов и развил В.И. Татарский. За результаты, полученные в исследованиях по этому направлению, сотрудникам ИФА А.С.Гурвичу, В.И.Кляцкину, А.М.Обухову и В.И.Татарскому была присуждена Государственная премия СССР за 1990 г.

А.М. Обуховым в 1962 г. получено общее уравнение эволюции потенциального вихря под воздействием неадиабатических факторов. Он первый применил понятие потенциального вихря для диагноза крупномасштабных атмосферных процессов, что в настоящее время используется в долгосрочном прогнозе погоды и ее диагнозе.

К важнейшим достижениям института 1960-х годов относятся также развитие представлений о динамике воздушной среды, создание теории колебаний земной атмосферы (Л.А. Дикий, 1969 г.), формулировка (А.М. Обухов, 1968 г.) понятия <систем гидродинамического типа> - дискретных аппроксимаций уравнений гидродинамики.

В начале 1970-х годов под руководством А.М. Обухова, начинаются, а в дальнейшем продолжаются под руководством его ученика профессора Ф.В. Должанского работы по развитию систем гидродинамического типа для описания глобальных геофизических движений, изучение их устойчивости, трансформаций в них энергии в лабораторных, теоретических и численных моделях. К этому времени относятся работы по развитию систем гидродинамического типа для описания развитой турбулентности с помощью каскадных моделей, моделирующих схему преобразования энергии в турбулентных потоках соответствующую теории Колмогорова. Предложенные в работах А.М. Обухова, Е.Б. Гледзера и Е.А. Новикова различные типы каскадных взаимодействий в течение 90-х годов позволили прояснить явление перемежаемости в турбулентных течениях.

Г.С. Голицын начал новое направление в деятельности ИФА - изучение атмосфер других планет. Им разработана теория подобия для циркуляции планетных атмосфер (1969-1972г.г.). Результаты о ветре для Венеры и Марса использовались в ОКБ им. Лавочкина при проектировании посадочных модулей советских автоматических межпланетных станций серий "Венера" и "Марс ".

Была создана теория и проведены экспериментальные исследования конвекции вращающейся жидкости (1980 - 1995 г.г., Г.С. Голицын, Б.М. Бубнов), нашедшие многочисленные приложения в динамике океана, жидкого ядра Земли, теории ураганов.

Г.С. Голицын в 1983 г. начал работы в Институте по климатическим последствиям крупномасштабного ядерного конфликта. Он первый в мире в сентябре этого года опубликовал оценки этих последствий, которые потом уточнялись учёными США и ряда других стран. Под его руководством в течение нескольких лет силами ряда институтов проводились эксперименты по изучению оптических свойств дымов самой различной природы.

Институт внес существенный вклад в становление космической программы страны, в открытие и изучение радиационных поясов Земли. Аппаратура ИФА была установлена на третьем советском спутнике (1958) и на спутниках <Космос-3>, <Космос-5>, <Космос-149>. Под руководством научного коллектива сотрудников ИФА на спутниках <Космос-243> и <Космос-384> впервые были проведены исследования спектра теплового радиоизлучения Земли, положившие начало новому направлению в развитии методов зондирования атмосферы и подстилающей поверхности из космоса. На пилотируемых космических станциях "Салют" и "Мир" при непосредственном участии Г.М. Гречко, впоследствии д.ф.- м.н. зав. лабораторией ИФА, были начаты исследования атмосферы Земли на основе явлений оптической рефракции.

Изучение процессов в верхней атмосфере Земли проводится в ИФА на базе характеристик собственного ночного и сумеречного излучений, возникающих на высоте выше 80 км. Создана теория модуляции интенсивности гидроксильного излучения верхней атмосферы внутренними гравитационными волнами.

Под руководством Г.В. Розенберга начали развиваться исследования аэрозольных составляющих атмосферы, а также озона; начались систематические исследования аэрозоля в стране. Была разработана теория оптических явлений и распространения света в аэрозольной атмосфере (Г.В. Розенберг, 1960 - 1970 г.г.)

В 70-х годах под руководством В.И. Дианова-Клокова в ИФА развернулись работы по созданию методики и проведению регулярных измерений (мониторинга) концентрации примесных атмосферных газов: окиси углерода(1970 г.) и метана(1974 г.), озона (1979 г.), двуокиси азота (1981 г.) под Москвой, на Кавказе в районе г. Кисловодска.

В 90-е годы, несмотря на трудное время, Институт с честью сохранил научные кадры, а также актуальные направления прошлых десятилетий и развивает новые. Это развитие климатического направления исследований, осуществляемого под общим руководством академика Г.С.Голицына и члена –корреспондента И.И.Мохова. Оно включает исследование физических основ теории климата для изучения роли естественных и антропогенных факторов в его изменениях; диагностика, моделирование климата и его изменений; параметризация климатообразующих процессов; исследования и мониторинг состава и структуры атмосферы, оценка их влияния на экосистемы и загрязнение атмосферы.

Из результатов можно выделить следующие:

Создана и развивается климатическая модель промежуточной сложности, с помощью которой исследуются глобальные и региональные изменения климата. Климатическая модель ИФА РАН успешно участвует в международных сравнениях. С использованием модели с учетом взаимодействия климата с углеродным циклом оценивается влияние естественных и антропогенных факторов (парниковые газы, аэрозоль, солнечная активность и др.) изменений климата.

Разработаны методы зондирования земной атмосферы из космоса, базирующиеся на измерениях рефракции радиоволн. Разрабатываются методы усвоения данных радиопросвечивания атмосферы с ИСЗ в моделях прогноза погоды. Эти работы ведутся совместно с учеными Германии, США, Финляндии и Франции при сохранении ведущей роли ученых ИФА.

Впервые в мировой практике совместно с ВНИИ железнодорожного транспорта разработана (под руководством Н.Ф.Еланского) уникальная, единственная в мире передвижная обсерватория для комплексных наблюдений химического состава атмосферы, ее термодинамических и радиационных характеристик, на которой проводятся исследования по маршруту Москва - Владивосток - Москва с 1995 г. по настоящее время.

Впервые в мире установлены значительные долговременные, начиная с 1955 г., сезонные изменения температуры на высотах 80-90 км, похолодание зимой (до 40?С) и приблизительное постоянство температуры летом. Этот факт необходимо учитывать при изучении глобальных изменений климата.

Создана система контроля содержания в атмосфере малых газовых и аэрозольных примесей. Регулярные наблюдения ведутся на научных станциях ИФА в Звенигороде и Кисловодске, начиная с 1970 года (окись углерода, метан, водяной пар), и по настоящее время. Они являются самыми длительными в мире, что позволило определить долговременные изменения состава атмосферы. Одновременные измерения малых газовых примесей в Москве и Звенигороде позволяют установить уровень загрязнения в Москве. Данные наблюдений за озоном и окислами азота, которые ведутся с 1980 г., поставляются в международную сеть.

Разработана теория распространения частиц примесей в случайных гидродинамических полях скорости, описывающая важные для практических приложений механизмы формирования ее локальных высоких концентраций.

Разработаны методы акустического зондирования пограничного слоя атмосферы. Развиты методы теоретического описания распространения инфразвуковых волн на дальние расстояния. Эти методы используются в международной системе контроля за ядерными взрывами в атмосфере.

На основании лабораторных исследований создана теория квазидвумерных вихревых течений жидкости, которая применена к описанию крупномасшабных геофизических течений.

Ведутся уникальные измерения нестационарных процессов в турбулентном пограничном слое атмосферы над сушей и океаном с использованием новых методов зондировыания атмосферы в микроволновом диапазоне. Впервые в мире (2004 г.) измерена спиральность в турбулентной атмосфере.

В настоящее время институт участвует в программах фундаментальных исследований:

Президиума РАН по темам "Мировой океан: геология, геодинамика, физика, биология", "Изменения окружающей среды и климата: природные катастрофы", "Математические методы в нелинейной динамике".

Программы Отделения наук о Земле РАН: "Гидросферные и атмосферные процессы: формирование, изменение и регулирование климата Земли"; "История формирования бассейна Северного Ледовитого океана и режим современных природных процессов Арктики" (по программе Международного полярного года 2006-2007 гг.); "Геофизика межгеосферных взаимодействий".

Российского фонда фундаментальных исследований

Участвуем также в Федеральной целевой программе "Мировой океан" и в проектах Министерства образования и науки.

Сотрудники ИФА активно участвуют в российских и международных мероприятиях и симпозиумах, выезжают за рубеж для проведения совместных работ и участия в конференциях, работают по грантам за границей. Институт регулярно принимает ученых из зарубежных стран.

Работы, выполненные в Институте, отмечены государственными наградами и наградами Академии наук. Зарегистрированы три открытия, одна государственная премия, две премии Президиума АН ССР им. А.А. Фридмана, одна - Демидовская премия. Многие сотрудника Института отмечены орденами и медалями СССР и РФ. Тринадцать сотрудникам были присуждены медали Российской академии наук с премией для молодых ученых.

В Институте работает аспирантура по специальности «Физика атмосферы и гидросферы». В начале 2006 года в аспирантуре ИФА обучалось 18 человек.

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН тесно сотрудничает с физическим и географическим факультетом МГУ им. М.В. Ломоносова, а также с Московским физико-техническим институтом. Студенты МГУ и МФТИ участвуют в экспедициях, проводимых Институтом, выполняют курсовые и дипломные работы. В аспирантуре ИФА обучаются, как правило, выпускники физфака МГУ, МФТИ и МИФИ. На базе МГУ в рамках программы "Интеграция" создан Объединенный учебно-производственный центр "Физика атмосферы, ближнего космоса и космических лучей" (2001 г.). С февраля 2002 года при поддержке РФФИ там ведутся непрерывные наблюдения газовых и аэрозольных примесей в атмосфере. Совместные измерения оптических характеристик атмосферы и комплекса загрязняющих воздух примесей организованы в виде постоянно функционирующего стационара на базе Метеорологической обсерватории МГУ.

Ведущие сотрудники Института являются профессорами МГУ, МФТИ, периодически приглашаются для чтения лекций в крупные университеты мира.

Институт является базовым для Научного совета РАН "Теория климата Земли", председатель - академик Г.С.Голицын. Совет координирует исследования изменений глобального климата и их последствий для России.