|
|
|
ЦЕНТРАЛЬНАЯ
АЭРОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ
Обсерватория была
создана в суровом 1941 году "...в целях быстрого проектирования,
изготовления и испытания новых конструкций аэрометеорологических приборов и
улучшения зондирования атмосферы в городе Москве". Согласно приказу от 8
сентября по Главному Управлению Гидрометеорологической Службы Красной Армии №
65 Обсерватория организовывалась на базе Аэрологической обсерватории и
Центрального института прогнозов (ЦИПа) "в составе
Конструкторско-Испытательного отдела с Мастерской и Отдела наблюдений с подчинением
Обсерватории IX Отделу ГУГМС Красной Армии". Первым исполняющим
обязанности начальника обсерватории был назначен Н.П.Коноплев. Уже через
неделю на подпись начальнику Главного Управления Гидрометслужбы Красной
Армии, знаменитому полярнику, бригинженеру Евгению Константиновичу Федорову
были представлены Положение об Обсерватории и план работ до конца 1941 года.
Общий штат молодого института насчитывал всего 36 единиц. Большинство из них
составляли сотрудники Аэрологической обсерватории ЦИПа и шесть человек - из
штата Московской Геофизической Обсерватории.
В 1943г. Главное управление гидрометеорологической службы приняло решение
создать аэрологический центр в ЦАО поскольку ранее исполнявший эту функцию
Ааэрологический институт ГГО в Павловске был варварски разрушен фашистами. В
создании и становлении Обсерватории огромную роль сыграл ее директор
Г.И.Голышев. Он был инициатором многих направлений деятельности ЦАО.
В том же году В.В.Костарев предложил применить радиолокаторы для определения
ветра в атмосфере и тем самым сделать наблюдения ветра всепогодными. За
короткое время был разработан и внедрен метод ветрового радиозондирования
атмосферы. Радиозонды, на которые устанавливались дипольные или уголковые
радиолокационные отражатели, сопровождались с помощью радиолокаторов. По
синхронным записям координат зонда и телеметрического сигнала строили профили
температуры, влажности и ветра. С внедрением изобретения В.В.Костарева
завершилось создание современного облика системы температурно-ветрового
зондирования атмосферы, начало которому было положено изобретением в 1930г.
П.А.Молчановым первого радиозонда.
Еще до окончания войны началось восстановление и развитие аэрологических
наблюдений в масштабе всей страны. Для организации этой работы в послевоенные
годы был увеличен штат обсерватории, ей была предоставлена новая техника,
радиолокационные станции, самолеты, аэростаты и др.
В 1950г. при участии ЦАО создана система радиозондирования
"Малахит"- А-22, впоследствии модернизированная в радиолокационную
систему.
В 1985г завершено создание и началось внедрение на аэрологической сети новой
системы радидиозондирования АВК-1-МРЗ, разработанной при активном участии
ЦАО. С помощью АВК-1 производится автономная автоматическая обработка данных
непосредственно на станциях вплоть до выдачи аэрологических телеграмм.
В 90-х годах в тяжелых экономических условиях коллектив ЦАО прилагает много
усилий для обеспечения методического руководства работой аэрологической сети
и совершенствования технических средств. В последнее время в ЦАО завершена
разработка и испытания аэрологических станций нового поколения типа МАРЛ с
фазированной антенной решеткой, созданных на современной элементной базе.
В ЦАО широко использовались воздухоплавательные средства для зондирования
атмосферы еще до войны. Именно в ЦАО начались интенсивные
научно-исследовательские полеты на аэростатах и субстратостатах.
Пилоты-аэронавты Г.И.Голышев, А.Ф.Крикун, Б.А.Невернов и П.П.Полосухин
осуществили рекордные полеты в открытой гондоле до нижней границы
стратосферы. Пилоты обсерватории установили несколько международных рекордов
по продолжительности и высоте полета на аэростатах.
В послевоенные годы Г.И.Голышев, Т.М.Кулинченко и А.С.Масенкис предложили
техническое решение для создания автоматических стратостатов. которые нашли
широкое применение для исследования стратосферы и летных испытаний новых
видов аппаратуры. Полеты автоматических стратостатов позволили получить
уникальные данные о радиационных и оптических характеристиках атмосферы.
В последние годы сотрудники ЦАО
принимали участие во всех осуществленных в Арктике международных кампаниях
аэростатных исследований, в основном направленных на изучение состояния
озонного слоя Земли.
Существенный вклад внесли ученые ЦАО в развитие метеорологической
радиолокации. Уже в 1946г в ЦАО В.В.Костаревым впервые в России начато
применение радиолокационных станций сантиметрового диапазона для обнаружения
ливней и гроз. Под его руководством в начале 50-х годов была создана первая
радиолокационная сеть штормооповещения.
В 60-е и 70-е годы в ЦАО под научным руководством В.В. Костарева был выполнен
цикл теоретических и экспериментальных работ по разработке радиолокационных
методов измерения осадков, атмосферной турбулентности, ветра. Эти
исследования позволили превратить метеорологический радиолокатор в средство
измерения параметров облаков и осадков. Работы этого направления были
удостоены Государственной премии СССР.
В 1980г. по инициативе ЦАО и при поддержке Мосссовета была создана первая в
России сеть автоматизированных метеорологических радиолокаторов
"Московское кольцо", объединившая радиолокационные
метеорологические комплексы в Москве, Калуге и Рязани.
В 1948г. по инициативе Г.И. Голышева ЦАО включилась в разработку
метеорологической ракеты, успешные летные испытания которой были проведены в
октябре 1951г. Первая в мировой практике метеорологическая ракета МР-1 с
высотой подъема 90 км
успешно эксплуатировалась до 1959г. Данные, полученные с помощью этой ракеты,
легли в основу первой версии стандартной атмосферы СССР (ГОСТ 4401-64).
В дальнейшем был создан ряд твердотопливных метеорологических ракет: МР-12
(высота подъема 180 км),
М-105 Б (высота подъема 90
км) и ММР-06 (высота подъема 60 км). Этими ракетами была
оснащена сеть станций ракетного зондирования, охватывавшая восточное
полушарие от Земли Франца-Иосифа до обсерватории Молодежная в Антарктике (8
наземных и 8 корабельных станций). Результаты ракетного зондирования
позволили создать еще несколько версий стандартных атмосфер СССР (ГОСТ
4401-73, ГОСТ 22721-77 и ГОСТ 24631-81). Данные ракетного зондирования легли
в основу Международных справочных атмосфер Международного комитета по
космическим исследованиям и Международной организации стандартизации.
Ракетное зондирование являлось важным элементом обеспечения испытаний
высотных летательных аппаратов, а накопленный массив данных был использован
для проведения исследований структуры, движений и состава средней атмосферы.
В последние годы особое внимание было обращено на изучение озоносферы,
особенно в районах, характерных аномальными изменениями озона, в Арктике и
Антарктике.
Данные ракетного зондирования позволили обнаружить значительное охлаждение
верхней и средней атмосферы, более 30 К за 30 лет, что указывает на
необходимость дальнейшего уточнения стандартной атмосферы.
В 60-е годы ЦАО подключилась к работам по созданию аппаратуры для
зондирования атмосферы с помощью ИСЗ. За короткое время был создан отдел
спутниковой метеорологии, который оказал значительное влияние на развитие
спутниковой наблюдательной системы. Этот отдел в последствии вошел в состав
вновь организованного Государственного научно-исследовательского Центра по
изучению природных ресурсов.
В 1982г. начались работы по созданию бортового озонометрического прибора
СФМ-1 для КА "Метеор" . Он был установлен на борт КА
"Метеор-Природа 3-2" в 1983г. и функционировал с 27 сентября 1983г.
по 14 ноября 1983г. Второй экземпляр прибора СФМ-1 был установлен на КА
"Метеор-3" и нормально функционировал с конца 1988г. по 1990г. Была
произведена глубокая модернизация этого прибора и новые варианты его - СФМ-2
- были установлены последовательно на борт КА "Метеор-3" NN 3, 4, 5
и нормально функционировали с 1988 по 1993г. С помощью этих приборов были
получены данные о вертикальном распределении плотности озона в полярных
районах северного и южного полушарий в диапазоне высот 35-80 км. В настоящее время
прибор СФМ-2 усовершенствован, два его образца установлены на КА
"Метеор-3М" N1. Запуск этого аппарата запланирован на конец 2001 -
начало 2002г.
В рамках межправительственного соглашения между СССР и США об исследовании и
использовании космического пространства в мирных целях от 15 апреля 1987г.,
Госкомгидромет СССР подписал сог-лашение с НАСА США об установке
американского прибора ТОМС на советском космическом аппарате
"Метеор-3". По этому соглашению, на ЦАО были возложены функции по
созданию алгоритмов обработки данных прибора ТОМС, по обработке, архивации и
распространению информации о ежесуточном глобальном распределении общего
содержания озона (ОСО). Разработанные алгоритмы и программы используются с
1996г. по настоящее время для мониторинга состояния озонного слоя. В рамках
этих работ сотрудниками отдела создан уникальный для России архив ежесуточных
данных ОСО с 1978г. по 1994г. и с 1996г. по настоящее время.
Дальнейшее развитие в ЦАО теоретических и практических работ по космическому
мониторингу атмосферы направлено на создание алгоритмов и программ для
обработки данных наблюдений пропускания атмосферы в оптическом диапазоне длин
волн в периоды восходов и заходов Солнца/Луны. Разрабатываемые методы
предназначены для обработки информации от американского прибора SAGE-3,
запуск которого запланирован на первый квартал 2002г. на российском космическом
аппарате "Метеор-3М".
В 1963г. в ЦАО впервые в России были начаты работы по созданию и
использованию лазерного локатора для зондирования атмосферы. Результаты этих
работ явились основой для создания в России нового направления в
дистанционных исследованиях атмосферы.
В 1968г в ЦАО зарегистрировано открытие существования области повышенной
ионизации на высотах от 10 до 40
км и области пониженной ионной концентрации на высотах
50-70 км.
В 1975г в ЦАО открыто явление аномального рассеяния радиоволн атмосферными
облаками.
В 70-89 годы с участием ЦАО выполнен цикл пионерских исследований по
применению диодной лазерной спектроскопии для высокочувствительного
газоанализа и исследования состава атмосферы. Работы этого цикла проводились
в содружестве с коллективами ученых Академии наук СССР (Физический институт
им. П.Н.Лебедева, Институт общей физики, Институт спектроскопии) и Института
атомной энергии им. И.В.Курчатова. В 1985 году за создание методов диодной
лазерной спектроскопии и их применения коллектив авторов этих работ был
удостоен Государственной премии СССР в области науки и техники.
Исследования по физике облаков были начаты в ЦАО с момента ее создания и
продолжались на протяжении всей истории обсерватории. Научный фундамент
многолетних исследований был заложен создателями наиболее авторитетной в
нашей стране школы физики облаков - А.Х.Хргианом и А.М.Боровиковым.
Накопленные в ЦАО результаты измерений позволили получить уникальные данные о
микроструктуре, а также фазовом строении облаков в различных регионах СССР в
разные сезоны ( А.М. Боровиков, И.П. Мазин, А.Н. Невзоров ). Были получены
уникальные по объему и надежности сведения о макро- и мезоструктуре облаков,
о вертикальном распределении размеров и концентрации облачных элементов, их
фазовом состоянии, водности, зависимости микрофизических параметров облаков
различных типов от высоты, сезона, мезо- и макросиноптических условий. Эти
данные широко используются у нас в стране и за рубежом. Впервые были
выполнены детальные исследования атмосферных параметров в перистых и в
кучево-дождевых облаках различных регионов.
Под руководством проф. Н.З.Пинуса, С.М.Шметера и их учеников в 1945-2000 гг.
был выполнен большой цикл научно-прикладных исследований по авиационной
метеорологии. Впервые в нашей стране для изучения облаков и строения полей
влажности, тепературы и ветра в свободной атмосфере были использованы
специально оборудованные многочисленной оригинальной измерительной
аппаратурой самолеты - метеолаборатории. Большая часть исследований касалась изучения
влияния на полеты неоднородностей в полях ветра (в облаках и в ясном небе),
исследованию таких явлений как обледенение воздушных судов, факторов,
определяющих видимость на различных высотах. Большое внимание уделялось также
возмущениям, возникающим в атмосфере под влиянием орографических, термических
и других неоднородностей подстилающей поверхности.
Наиболее полным как в СССР, так и в других странах, был цикл самолетных
исследований турбулентности и ее энергетики в тропосфере и нижней стратосфере.
Успехи в области физики облаков заложили основу для изысканий методов
искусственного воздействия на облака и туманы, которые развивались в
обсерватории начиная с 1948г. В 1951г в ЦАО под руководством
И.И.Гайворонского впервые разработана методика самолетного рассеяния
переохлажденных туманов в аэропортах с помощью твердой углекислоты и начаты
оперативные работы в двух аэропортах. В дальнейшем в ЦАО были разработаны
разнообразные наземные и самолетные углекислотные распылительные установки и
создана отечественная методика рассеяния переохлажденных туманов для нужд
авиации наземными средствами. В 80-е годы в ЦАО создается новая, экологически
чистая и высоко эффективная, технология рассеяния туманов с помощью жидкого
азота, с успехом примененная в 1997-2001гг. в контрактных работах по
рассеянию туманов в аэропортах и на автодорогах Северной Италии.
В 1958 г.
ЦАО и Институт геофизики Академии наук Грузии первыми в стране разработали
ракетный метод борьбы с градобитиями. Для диспергирования в ракетах льдообразующих
веществ ЦАО совместно с Научно-исследовательским институтом прикладной химии
был предложен и применен пиротехнический способ, ставший затем основой всех
отечественных аэрозольных средств активных воздействий. На базе созданного
противоградового метода в 1961г была организована первая в стране
противоградовая служба в Грузии и в 1964г - в Молдавии, что положило начало
созданию общегосударственной системы оперативных служб по борьбе с
градобитиями. В 1969г за разработку и внедрение методов и средств борьбы с
градом И.И.Гайворонский и Ю.А.Серегин были удостоены Государственной премии
СССР.
Принципиально новой разработкой ЦАО в области активных воздействий явилось
создание в 70-х годах динамического метода разрушения конвективных облаков.
Обширным комплексом натурных и лабораторных экспериментов была показана
возможность инициирования нисходящих потоков и разрушения мощных конвективных
облаков введением в их вершины грубодисперсных порошков нерастворимых
веществ. Метод подавления развития облаков был использован для уменьшения
выпадения осадков при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС.
В 90-е годы в ЦАО отработана технология оперативного увеличения осадков для
нужд различных отраслей народного хозяйства. В результате участия в
Международном проекте по увеличению осадков (ПУО) в Испании (1979-1981гг),
проведения обширной серии рандомизированных экспериментов на Пензенском
метеорологическом полигоне, выполнения по Межправительственному соглашению
пятилетнего рандомизированного эксперимента на о.Куба (1884-1988гг),
выполнения 6-летнего коммерческого проекта на территории Сирийской Арабской
Республики в ЦАО создан метод, позволяющий осуществлять операции по
увеличению осадков на площади более 150 тысяч квадратных километров с
сезонным увеличением осадков на 12 - 15%. В настоящее время метод успешно
используется в коммерческом проекте по увеличению водных ресурсов в провинции
Йязд Исламской республики Иран.
Самолеты начали использоваться в ЦАО для исследования атмосферы в 1947 году.
Это были и небольшие самолеты (ПО-2, ЯК-18, ЛИ-2) и машины среднего класса
(ИЛ-12, ИЛ-14, АН-24), а также такие "гиганты" как ТУ-114, ИЛ-18,ТУ-16 и сверхзвуковой
ТУ-144.
Под научно-методическим руководством ЦАО была создана и функционировала с
1957 по 1963г. первая и единственная в мировой практике сеть самолетного
зондирования атмосферы, состоящая из 31 пункта на территории СССР. С помощью
самолетов было выполнено много уникальных крупномасштабных экспериментов и производственных
работ по исследованиям атмосферы и активным воздействиям как в России, так и
за рубежом.
В 1993-95гг. специалисты ЦАО приняли активное участие в создании летающей
лаборатории на базе высотного самолета-разведчика М-55 "Геофизика",
с помощью которого были проведены исследования озонового слоя, полярных
стратосферных облаков, газового и аэрозольного состава нижней стратосферы в
экваториальной зоне, тропиках, Арктике и в Антарктиде.
Значительное внимание в обсерватории уделялось теоретическим исследованиям и
моделированию атмосферных процессов. В 60-70е годы во всем мире важным
инструментом атмосферных исследований стали численные эксперименты с
использованием современных высокопроизводительных электронно-вычислительных
машин (ЭВМ). С 1960г. обсерватория подключилась к этому направлению -
интенсивно проводились разработки численных моделей ковективных,
слоистообразных и фронтальных облаков, а также мезомасштабных образований во
внеоблачной части атмосферы. На этих моделях изучены многие ранее не
известные особенности процесса осадкообразования при естественной эволюции
фронтальной облачности и при искусственных воздействиях на нее.
Сотрудники ЦАО значительно раньше своих зарубежных коллег исследовали связи
атмосферного озона с основными элементами динамики атмосферы. Понимание этих
связей позволило не поддерживать общепринятое в конце 8-х и в 90-ых годах
представление об исключительно антропогенном происхождении наблюдаемых
отрицательных трендов озона. Исследования сотрудников ЦАО показали, что
существенный вклад в отрицательные тренды озона вносят естественные факторы,
связанные с трендами (колебаниями) циркуляции атмосферы. Проведены первые
оценки количественного вклада естественных и антропогенных факторов в
наблюдаемый тренд озона, разумеется, различного в разные сезоны и в различных
регионах. Лишь в самое последнее время к аналогичным выводам начинают
приходить и зарубежные исследователи, что видно из докладов, прочитанных на
VIII Международной Ассамблее по исследованиям средней атмосферы (IAMAS),
Инсбрук, июль 2001г.
В конце 80-х и в 90-е годы ЦАО активно включается в наблюдения за состоянием
озонового слоя в атмосфере. Впервые оперативный мониторинг состояния
озонового слоя начат в 1988г. Для России и прилегающих территорий в период 1991-97
гг. издается специальный бюллетень о состоянии озонового слоя. Особое
внимание уделяется в связи с этим ультрафиолетовой облученности территорий. В
1998г. в ЦАО разработана система и начат мониторинг УФ-Б облученности
территории России и прилегающих государств.
За прошедшие годы в ЦАО выполнено большое количество научно-исследовательских
работ в области метеорологии и физики атмосферы, многие из которых были
пионерскими. Сейчас Центральная аэрологическая обсерватория является одним из
ведущих научно-исследовательских и научно-методических учреждений Федеральной
службы России по гидрометеорологии и охране окружающей среды. В настоящее
время научно-исследовательская работа в ЦАО проводится в следующих
направлениях:
- высотное зондирование
атмосферы, разработка прямых и косвенных методов наблюдения и контроля
параметров атмосферы с помощью радиозондов, ракет,
самолетов-лабораторий, радио- и оптических локационных средств,
космических аппаратов и т.п.;
- экспериментальные и
теоретические исследования физики и химии свободной атмосферы, изучение
механизма образования облаков и осадков с целью усовершенствования
методов прогнозов метеорологических явлений и разработки методов
активных воздействий на опасные метеорологические явления;
- исследования и мониторинг
состояния озонового слоя Земли;
Благодаря усилиям многих поколений сотрудников ЦАО приобрела
известность среди других научно-исследовательских институтов в нашей стране и
за рубежом.
                  
|
