Лаборатория дистанционного зондирования(ЛДЗ ЦАО) является одним из самых молодых подразделений ФГБУ «ЦАО». ЛДЗ была организована по инициативе профессора А.А. Черникова 4 октября 1992 года и является научно-исследовательским подразделением обсерватории в области дистанционного зондирования атмосферы.

Лаборатория является самостоятельным подразделением и находится в непосредственном подчинении директора обсерватории, а по тематике Росгидромета подчиняется заместителю директора ФГБУ «ЦАО» по научной работе.

Основными целями создания лаборатории являлись:

  • Сохранение в условиях резкого сокращения бюджетного финансирования имеющихся в разных отделах ФГБУ «ЦАО» высококвалифицированных специалистов, имеющих большой опыт в разработке новых методов и приборов СВЧ диапазона для специализированных самолетов-лабораторий («Циклон»), исследовательских ракет (М100Б, МР12) и искусственных спутников Земли («Метеор») специального назначения, способных разрабатывать новейшие приборы и технологии и осуществлять их скорейшее внедрение в практику народного хозяйства, что стало особенно важно в новых, сложившихся после 1990 г. экономических условиях;

  • проведение маркетинговых исследований в области внедрения новых СВЧ технологий и приборов, как в практику народного хозяйства РФ, так и при проведении международных научных проектов;

  • обеспечение ведущей роли Гидрометслужбы России в области создания новых дистанционных наземных СВЧ методов и приборов для исследования различных параметров атмосферы, имеющих высокое прикладное значение для различных отраслей народного хозяйства РФ.

В 1992 – 2009 г.г. в ЛДЗ ФГБУ «ЦАО» был разработан целый ряд новых приборов, в частности :

  • экспериментальный микроволновый температурный профилемер
  • прибор для прогноза обледенения самолетов ДОС;
  • система для прогноза возникновения и диссипации туманов на автомагистралях
  • автоматизированная система для контроля состояния дорожных покрытий ДИСКО
  • радиолокационный измеритель осадков АБО «Капля» и многие другие.

Основой температурных профилемеров были разработанные специалистами ЛДЗ совместно с рядом специалистов других организаций уникальные высокочувствительные радиометры диапазона 60 ГГц.

Прибор был сертифицирован Госстандартом РФ в качестве дистанционного измерителя профилей температуры атмосферы, внесен в Государственный реестр средств измерений, сертифицирован Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и рекомендован ЦКПМ Росгидромета для использования на наблюдательной сети.

Одним из важнейших направлений для инноваций в области гидрометеорологии является разработка и внедрение на наблюдательной сети современных дистанционных приборов для мониторинга параметров атмосферы (в том числе тропосферы и атмосферного пограничного слоя.

Удачным примером таких дистанционных приборов, существующих на мировом рынке аппаратуры для измерения профилей температуры пограничного слоя атмосферы (АПС), могут служить одноканальные сканирующие Метеорологические Температурные Профилемеры на длине волны 5 мм, разработанные в России.

Развитие метода осуществлялось в 1991-2006 годы в Центральной аэрологической обсерватории в рамках выполнения научно-исследовательских тем. Результаты неоднократно докладывались на Центральной комиссии по приборам и методам наблюдений Росгидромета. Работа специалистов Центральной аэрологической обсерватории по разработке нового метода и аппаратуры для дистанционного измерения профилей температуры АПС была отмечена в 2002 г. ведомственной премией Росгидромета за лучшие научно-исследовательские работы.

Решением ЦКПМ Росгидромета от 05 февраля 2004 года № Р/04/0015/100/С измерительный комплекс получил Свидетельство Росгидромета (зарегистрировано в ведомственном реестре под № 0015.100) и допущен к применению при проведении работ гидрометеорологии и смежных с ней областях, мониторинга окружающей среды, её загрязнения. Тип средств измерения утверждён приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 марта 2012 года № 138 Свидетельство об утверждении типа средств измерений RU.C.32.002.А № 45688.

Профилемеры в настоящее время успешно работают в Московском, Казанском, Белгородском и Пермском государственных университетах, и в Институте мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН, и на атомных станциях, и в зарубежных странах (США, Япония, Нидерланды, Франция, Испания, Норвегия, Австралия, Кувейт, Греция, Италия, Вьетнам, Китай и тд.). Успешно отработали профилемеры МТР5 и на дрейфующих станциях «Северный полюс» (СП-39 и СП-40), и на франко-итальянской Антарктической станции «Конкордия».

22 профилемера используются на наблюдательной сети Росгидромета. Главными их преимуществами являются всепогодность, полностью автоматический режим работы и калибровок, положительные результаты международных сравнений, включая сравнения по линии ВМО, наличие утвержденных ЦМКП Росгидромета Методических рекомендаций по использованию данных, малые габариты и потребляемая мощность, отсутствие необходимости обслуживания высококвалифицированным персоналом, компактный объем выходной информации в стандартных международных кодах.

Совместно со специалистами ФГБУ «Гидрометцентр России» в рамках ЦНТП Росгидромета были разработаны «Методические указания по использованию данных профилемеров МТП-5», утвержденные Центральной комиссией по прогнозам (ЦМКП) Росгидромета.

В настоящее время специалисты ЦАО ведут совместно со специалистами ФГБУ «Гидрометцентр России», ФГБУ «ГГО» работы по проведению непрерывных дистанционных измерений профилей температуры АПС, работы по изучению вертикальной структуры городского острова тепла над Москвой и Санкт-Петербургом с использованием данных профилемеров. Осуществляют научно-методическое руководство использования дистанционных профилемеров на наблюдательной сети Росгидромета. Для обеспечения метрологического обеспечения средств измерений на сети, разрабатываются предложения по созданию в ФГБУ «ЦАО» локальной поверочной схемы (ЛПС) для поверки радиометров дистанционного измерения параметров атмосферы.






Сравнения с данными с высотных метеорологических мачт




Лаборатория успешно выполняла научно-исследовательские работы, порученные ей Росгидрометом. За период существования лаборатории было успешно выполнено 20 научно-исследовательских и опытно конструкторских работ Росгидромета. Работы были выполнены как по разработке новых методов и приборов, так и по проведению измерений и разработке методик. Сотрудники лаборатории дважды награждались именными ведомственными премиями и дипломами Росгидромета за лучшие научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (в 2000 и в 2002 годах). Были успешно выполнены работы по заданию Российского фонда фундаментальных исследований (2001 – 2010 годы): проекты: 01-05-64138 а; 05-05-65288 а; 06-05-74608 з; 06-05-79001 к; 07-05-00521 а; 07-05-10003 к; 08-05-00213 а; 09-05-080763 з; 09-05-10003 к.

Совместно с Институтом физики атмосферы РАН проведены работы по проекту РФФИ «Исследование взаимодействия атмосферы и океана при различных условиях стратификации атмосферы» (2014-2016).

Сотрудниками лаборатории в 2008 - 2009 годах был успешно выполнен Государственный контракт «Проведение исследований по созданию измерительного комплекса для мониторинга термического режима атмосферы и общего содержания водяного пара на базе использования современных СВЧ радиометров» № 24/ГФ/Н-08 от 30.09.2008. Контракт выполнялся в рамках Федеральной целевой программы «Создание и развитие системы мониторинга геофизической обстановки над территорией Российской Федерации на 2008 – 2015 годы». В ходе выполнения этой работы, в соответствии с ТЗ, был разработан и изготовлен экспериментальный образец СВЧ измерительного комплекса, обеспечивающий непрерывные измерения профилей температуры атмосферы в диапазоне высот 0 – 10 км, общего содержания водяного пара, интенсивности жидких осадков и водозапаса облаков.

Сотрудниками лаборатории в период 1992 – 2017 годы защищены три диплома бакалавров и магистров МФТИ, одна диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук, одна диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. В настоящее время (на момент 2017 год) в Лаборатории работают 13 сотрудников, из них один - кандидат физико-математических наук, два доктора физико-математических наук и один доктор технических наук. Четыре сотрудника ЛДЗ были награждены знаком «Почётный метеоролог РФ» и шесть сотрудников Почётными грамотами и Благодарностями Росгидромета.

Микроволновые температурные профилемеры используются также для оценки и прогнозирования возникновения опасных экологических ситуаций на нефтеперерабатывающих предприятиях в городах Астрахань и Салават-Юлаев, а также были использованы для оценки экологической ситуации на одном из крупнейших алмазодобывающих карьеров России – Удачный (Якутия) :



Команда ученых разных институтов во время экспедиции на плато Шат-Жатмас под Кисловодском во время исследования атмосферных эффектов полного солнечного затмения. Слева-направо: Арабов А.Я. (ИФА РАН), д.ф-м.н. Куликов Ю.Ю. (ИПФ РАН), Шапошников А.Н. (ЦАО), член-корреспондент РАН Еланский Н.Ф. (ИФА РАН), к.ф-м.н. Сенник И. (ИФА), д.т.н. Кадыгров Е.Н.(ЦАО).

Во время полных солнечных затмений в 2006-2008 г.г. при поддержке гранта РФФИ сотрудниками лаборатории были впервые в мире получены и детально проанализированы непрерывные синхронные данные о термическом режиме в АПС на разных высотах до, во время и после полной фазы затмения путем двухточечных синхронных измерений микроволновыми температурными профилемерами, разработанными в ЦАО, показавшие различную динамику изменений температуры атмосферы для мест наблюдений с различной орографией. Полученные данные опубликованы в престижном журнале IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing (vol.51,No 9,September 2013).


МТП-5 во время солнечного затмения (а - на высокогорной станции Шатжатмас в Приэльбрусье на высоте 2100 м, б - в г. Кисловодске, с - микроволновый профилемер во время полного солнечного затмения 29 марта 2006 года).

Микроволновые температурные профилемеры по экспедиционным грантам РФФИ совместно со специалистами Института физики атмосферы им.А.М. Обухова РАН позволили получить новые экспериментальные данные об особенностях термического режима АПС в аридном регионе в жаркий период времени, в горной местности (ущелья, долины, возвышенности), над морской поверхностью вблизи береговой зоны во время экстремально сильных ветров, что используется при моделировании различных процессов в неоднородном АПС.



Микроволновый температурный профилемер в аридном регионе в жаркий период времени (Черные Земли Калмыкии, совместные научные экспедиции ИФА РАН и ГУ «ЦАО»).



Микроволновый температурный профилемер на морской платформе (п. Кацивели, Крым, Украина, 2009 г, морская платформа Экспериментального отделения Морского гидрофизического института Национальной академии наук Украины)




Микроволновый температурный профилемер на исследовательском катере у пирса (Голубая бухта, г. Геленджик Краснодарского края, 2006 г, совместная экспедиция ИФА РАН и ГУ «ЦАО»)




Микроволновый температурный профилемер внутри каньона, Гуамского хребта, Северо-Западный Кавказ (сентябрь 2009)


В 2003-2005 годах ЛДЗ ЦАО совместно с ИФА РАН им.А.М.Обухова и ИОА СО РАН имени В.Е.Зуева успешно провела работы по международной программе Аtmospheric Radiation Measurement (ARM) Министерства энергетики США (DOE), руководитель проекта - академик Г.С. Голицын (ИФА), заместители руководителя д.ф.-м.н Панченко М.В. (ИОА) и д.т.н. Кадыгров Е.Н.(ЛДЗ ЦАО).


Конференция по физике атмосферы в Санкт-Петербургском государственном университете (слева направо: д.т.н. Кадыгров Е.Н., академик РАН Голицын Г.С., д.ф.-м.н. Троицкий А.В.)



Лекция д.т.н. Кадыгрова Е.Н. в Гетеборгском университете (Швеция)

Данные приборов МТP-5, установленных на постоянной основе в рамках модернизации наблюдательной сети Росгидромета в центре г. Москвы, в городах Долгопрудном и Звенигороде Московской области, в таких городах, как Санкт-Петербург, Оренбург, Красноярск, Нижний Новгород, Казань, Самара, Челябинск, Ростов-на-Дону, Хабаровск, Астрахань, Норильск и др. (всего на момент октября 2014 г 22 профилемера) используются в оперативной практике для составления краткосрочных прогнозов погоды и прогнозов распространения загрязнений.

Данные с прибора




С помощью имевшейся в лаборатории уникальной лазерной аппаратуры ПМС для измерения характеристик находящихся в атмосфере аэрозольных частиц специалисты ЛДЗ ГУ «ЦАО» провели в 2003 – 2004 гг. специальные измерения по заказам основного испытательного авиационного центра России (ЦИАМ им. П.И. Баранова), а также одного из основных разработчиков вертолетной техники в России (ОАО «Камов») в рамках испытаний нового вертолета КА-226.

Специалисты ЛДЗ ГУ «ЦАО» принимали участие в проведении крупных международных проектов и экспедиций: BASE (Beafort and Arctic Storms Experiment, 1994, Канада), CFDE – III (Canadian Freezing Drizzle Experiment III, 1997 – 1998, Канада), MAP (Mesoscale Alpine Program, 1999, Швейцария), ARM (Atmospheric Radiation Measurement Program, 1996-1997, США); AIRS (Alliance Icing Research Study, 1999 – 2000, Канада), ZCAREX (Zvenigorod Cloud-Aerosol-Radiation Experiment, 1999 – 2001), ARM (Atmospheric Radiation Measurement Program, 2001 – 2004, Россия – США), GURME (2001 – 2009, Россия – Швейцария); в каждый зимний сезон с 1995 по 2001 гг. участвовали в экспериментах по исследованию туманов на севере Италии.

Специалистами лаборатории опубликованы десятки научных статей в ведущих геофизических журналах мира: Journal of Atmospheric and Oceanic Technology (США), Meteorological Applications (Великобритания), Journal of Applied Physics (Япония), Radio Science (США), Bulleten of American Meteorological Society (США), IEEE of Geoscience and Remote Sensing (США), Theoretical and Applied Climatology (США), Доклады Академии наук (Россия); Известия РАН Физика атмосферы и океана (Россия); Метеорология и гидрология (Россия). Результаты работ были достойно оценены более чем на 100 крупных международных научных конференциях в США, Японии, Канаде, Китае, Франции, Италии, Нидерландах, Великобритании, Австралии, Австрии, Швейцарии, Германии, в России.