Чем учёных привлекает Кисловодск, почему именно здесь находится одна из научных станций Института физики атмосферы, и какая температура будет на курортах Кавказских Минеральных Вод через пару десятилетий – рассказывает Владимир Семёнов, академик РАН, директор ИФА им. А.М. Обухова РАН.

Фото Андрея Афанасьева.

— Владимир Анатольевич, почему для вашего научного института было выбрано такое необычное место – город-курорт Кисловодск?

— Идея начать здесь наблюдения за составом атмосферы принадлежала основателю Института, академику Александру Михайловичу Обухову. Место было хорошо известно всем, многие сюда ездили, и главный аргумент – это чистый воздух. Наша измерительная площадка на плато Шаджатмаз находится на высоте 2070 метров. Атмосфера там более разряжена, меньше загрязнений, легче проводить измерения. К тому же Кисловодск – солнечное место, а многие спектрометрические измерения проводятся при использовании рассеянного солнечного света. Все эти факторы предопределили такое решение. Возможно, ещё и то, что Александр Михайлович ездил сюда отдыхать, почему бы не совместить приятное с полезным? Поэтому в 1978 году здесь была основана научная станция, оборудована измерительная площадка на плато. Главной целью тогда было измерение озона. Здесь были сделаны первые важные работы по исследования его содержания, вариаций, профиля. В начале 1980-х это было неизведанной областью: это сейчас уже есть спутники, наблюдающие озон над всей планетой, разветвлённая сеть наземных наблюдений. А в начале 80-х «озоновая проблема» вышла на первые места, и тогда это были первые важные шаги.

— Но со временем наблюдения расширялись?

— Да, появились наблюдения приземного газового состава, оксида азота, СО, аэрозолей разных видов. Проводились уникальные наблюдения. Тогда мой отец Анатолий Иванович Семёнов работал в нашем Институте в лаборатории физики верхней атмосферы, а руководил лабораторией Валериан Иванович Красовский, всемирно известный учёный в области аэрономии (физики верхних слоёв атмосферы – прим. ред.), под его руководством создавались приборы ночного видения для наших танков во время Великой Отечественной войны. Эта лаборатория поставила в Кисловодске прибор для измерения температуры атмосферы на высоте мезопаузы, это примерно 90 км. Измерить напрямую температуру там можно только с помощью ракет, но спектрометрические наблюдения за интенсивностью инфракрасного излучения разных составляющих атмосферы – атомарного кислорода, гидроксила – позволяет получить очень точные оценки температуры воздуха на высотах излучения. Исследуя вариации температуры на границе атмосферы, было сделано открытие: атмосферный поток, набегая на Кавказский хребет, создаёт гравитационные волны (волновые возмущения в атмосфере, не путать с грав. волнами в общей теории относительности – прим. ред.), которые распространяются вверх в атмосферу, там диссипируют – передают свою энергию движения в тепло, которое разогревает атмосферу на уровне мезопаузы, и это вызывает аномалии атмосферного свечения, которые и измеряли на станции спектрометрами.

Владимир Семёнов, академик РАН, директор ИФА им. А.М. Обухова РАН. Фото Андрея Афанасьева.

— Что дало это открытие?

— Это было важное открытие в понимании процессов динамики атмосферы, взаимодействия её компонентов. Не только солнечная, геомагнитная активность, вариации состава атмосферы влияют на температуру таких высоких слоёв атмосферы, но и динамические возмущения у поверхности. А температура напрямую связана с плотностью, а плотность – наверное, самая важная характеристика при расчётах полётов различных объектов в атмосфере.

С начала 1980-х на станции проводились активные экспериментальные исследования, а в 2000 году у Института появилась возможность взять на баланс здание на улице Гагарина. Это было заброшенное здание бывшего детского сада. Силами Араба Якубовича Арабова, которого в 1978 году академик Обухов назначил начальником станции, переведя молодого тогда учёного, специалиста по измерениям озона, из Москвы в Кисловодск, удалось это здание восстановить и превратить в городскую измерительную площадку и базу для проведения исследований на плато Шаджатмаз. Араб Якубович до самой своей смерти в 2022 году всем этим с любовью руководил.

Метеорологический температурный профилемер производства российской компании АТТЕХ. Позволяет измерять температуру атмосферы от поверхности до высоты 1 км с разрешением от 10 до 50 м. В частности, эта информация позволяет определять существование температурных инверсий - областей, где возможно скопление атмосферных загрязнений, а также спрогнозировать формирование туманов, изморози и ледяных дождей. Фото Андрея Афанасьева.

Сейчас – это фактически полигон, измерительная площадка, на которой ставят разные эксперименты и проводят регулярные продолжительные наблюдения: на горе меряют профиль озона, СО, оксиды азота, аэрозоли. В основном научные сотрудники приезжают из Москвы в командировку, привозят аппаратуру. Сейчас можно поставить приборы и управлять ими удалённо.

— Чем так привлекает учёных это место?

— В первую очередь, уникальной погодой – это горная метеорология, долинная циркуляция, взаимодействие различных воздушных масс, дальний перенос. Если здесь какое-то время пожить, то можно отметить, что когда в Кисловодске ясно, в близлежащий Ессентуках – ливень, это даже отсюда, со станции видно. Совершено другая погода, чем даже в ближайших городах Кавказских Минеральных Вод. Здесь часто происходят интересные явления динамики атмосферы: это глубокая конвекция – мощные восходящие потоки высотой в 10 км, вызванные именно набеганием потока на горы, и связанные с ними ливни, экстремальные явления. Очень многогранный, интересный полигон – как в плане динамики атмосферы, так, что ещё более важно, и в плане измерения загрязнения атмосферы, потому что здесь много санаториев, есть планы построить ещё больше, огромный туристический поток.

Установленная в 2022 г. в г. Кисловодске спектрометрическая система AirYX SkySpec200 2D-MAX-DOAS для измерения характеристик вертикального распределения химически активных климатически важных газовых примесей в нижней тропосфере и стратосфере. С помощью этого прибора также проводятся измерения общего содержание примесей в вертикальном столбе атмосферы. Возможности прибора позволяют получать горизонатльное распределение содежания загрязняюзих примесей в нижнем слое тропосферы над городом. Фото Андрея Афанасьева.

Огромное преимущество Кисловодска в том, что город расположен на высоте 800-900 метров, а верхний парк – на 1000 метров и более над уровнем моря. С каждым километром по высоте температура уменьшается в среднем на шесть с половиной градусов. В Кисловодске всегда прохладнее примерно на пять градусов, чем в Минводах. К тому же воздух более разрежённый, тепло от земли эффективнее уходит ночью. Так что здесь даже если днём +30, то ночью +12-14.

Помимо метеорологических характеристик, важнейшая задача для региона – это наблюдения за качеством воздуха, моделирование переноса загрязнений, их прогноз, как погодный, так и климатический. Сейчас мы как раз создаём такую модель. Первые результаты показывают, например, что в Ессентуках в воздухе больше угарного газа, чем на возвышенности. Вообще, весь регион Кавминвод нуждается в оценке качества воздуха.

— И что про него можно сказать?

— Воздух хороший, но за его составом нужно следить. В целом это дело Росгидромета. А мы должны понимать процессы и предлагать технологии. Например, сделать технологию мониторинга, предложить модель, показать, где лучше вести наблюдения, сделать более совершенные методы прогноза качества воздуха на 2-3 дня вперёд. Определить с помощью численных моделей высокого разрешения места, где скапливается больше загрязнений. Эти модели позволяют также обосновывать разные решения в области городского и регионального планирования. В том же Кисловодске ещё в советское время был период, когда в город не пускали иногородние машины, и сейчас время от времени этот вопрос снова обсуждается. Новые модели и методы в настоящее время позволяют посчитать, какой от этого будет эффект для качества воздуха. Стоит ли идти на такие кардинальные меры или от них особого эффекта и не будет?

Ещё одно направление – это прогноз и понимание механизма опасных явлений. В 2017 году был сильный ливень, который практически разрушил каменную лестницу у одного из входов в парк. Можно попытаться предсказать такие явления. Здесь мы тоже можем помочь.

Спектрометр Shamrock-750 для регулярных ночных спектральных наблюдений инфракрасного излучения гидроксила, которое возникает на высотах 80-100 км. По его спектрам определяется температура в данной области атмосферы. Цель исследований - выявление особенностей поведения температурного режима верхней атмосферы вблизи Кавказского горного хребта. Фото Андрея Афанасьева.

И, конечно, климат. Он меняется. И это очень важно для курортов. Новые оздоровительные маршруты, новые санатории, спортивные объекты – это планирование не на год-два, а на десятилетия. Каким будет климат через 20-30 лет – вопрос при таких планах не праздный, а иногда и решающий. Может, будет такая жара, что люди начнут бегать из одного кондиционированного помещения в другое.

— А такая жара будет?

— В регионе существенно потеплеет. Вообще, климат теплеет, и мы это видим и по косвенным знакам. Я в начальную школу пошёл в 1978-м году, и зимой занятия постоянно отменяли, потому что температура опускалась ниже −30. А за последние десятилетия когда такое было? В Кисловодске через 20-30 лет станет ещё теплее градуса на 2 – 2.5. Причём летом температура растёт быстрее, чем зимой, в отличие от, например, Сибири и центральноевропейской части России. Пока такие изменения в приемлемом диапазоне. Но это средние температуры. А вот, например, экстремально жарких дней летом уже к 2050 году может стать в 3–4 раза больше, чем сейчас. Это уже серьёзные изменения, к ним нужно готовиться.