13.08.2013

Новый лазерный прибор измеряет температуру лучше спутников

Мы всё ещё слабо понимаем ситуацию с климатом в Арктике. Новый метод способен до некоторой степени улучшить положение дел.

Российские учёные во главе с Алексеем Бункиным из Научного центра волновых исследований ИОФ РАН разработали и испытали новый способ измерения температуры воды на большом расстоянии.

Звучит буднично? Уверяем вас, это не так. Арктика очень быстро меняется. И многие из вас доживут до того момента, когда она превратится в нечто неузнаваемое. К примеру, арктические моря полностью сбросят с себя лёд полярным летом, не только оставив без защиты российские АПЛ, но и нанеся сильнейший удар по тамошней экологии и радикально изменив жизнь населения севера России — да и всего мира. А вот мир-то как раз может узнать об этом с опозданием. Представьте, что вы врач, которому нужно проверить температуру у больных на миллионах квадратных километров. Успеете ли вы вручную диагностировать болезнь до того, как эпидемия начнёт косить вверенные народные массы?

На первый взгляд, кажется, что удалённое определение температуры спутниками способно решить все проблемы. Но, увы, когда дело доходит до воды, у этой технологии прорезаются серьёзные проблемы. При всей неполноте медицинской аналогии, напомним, что многие врачи больше склонны доверять ртутным термометрам, чем электронным, и их ретроградство не всегда не имеет оснований.

Главной проблемой остаётся недооценка реальной температуры. Океанологи хорошо знают, что радиометры спутников измеряют температуру лишь верхних микрометров морской глади. А там она может быть на градус холоднее, чем основная масса. Дело в том, что при замерзании первые микрокристаллики льда формируются именно в поверхностном слое. Там они могут образовывать кашу или игольчатый лёд, вода под которыми, на взгляд спутникового «термометра», выглядит чёрным ящиком. Кстати, бывает и наоборот — в период резкого роста температуры. Точность же измерений играет здесь огромную роль, поскольку температура воды в поверхностных водах Северного Ледовитого океана колеблется в весьма небольших пределах, и один градус порой решает всё.

А вот рамановское рассеивание излучения ИК-лазера, обуздать которое учёные пытаются в последние годы, способно избежать подобных проблем. В ИК-части спектра рассеивание изучения сильно зависит от молекулярных вибраций в воде — в особенности вибраций гидроксильных связей, соединяющихся с другими молекулами. Такие вибрации прямо связаны с температурой, что и позволяет оценивать её даже на значительном удалении от ИК-лазера.

Группа г-на Бункина представила прототип 20-килограммового устройства, мощностью в 300 Вт, которое по габаритам и энергопотреблению вполне подходит к установке на БПЛА или подводных лодках. Состоит оно из собственно ИК-лазера, источника питания и спектрографа, контролируемых встроенным компьютером.

Первые испытания с борта исследовательского судна в районе Свалбарда (Норвегия) были нацелены на воду фьордов.

Выяснилось, что даже игольчатый лёд, обычно не дающий спутникам корректно измерить температуру моря, не мешал прибору определить нагрев воды на метровой глубине. Более того, учёные указывают на то, что ряд простых модификаций позволяет довести глубину замеров до 5 м — то есть знать реальную ситуацию, а не состояние самой верхней части водной глади.

Новый метод позволил также замерить концентрацию хлорофилла и микрочастиц в воде. Оказалось, что у языков ледников, спускающихся к морю, хлорофилла мало — по всей видимости, в только что растаявшей воде водоросли просто не успевают размножиться.

Авторы работы считают, что новые средства наблюдения будут особенно полезны при изучении айсбергов, как растущих, так и тающих. Сегодня, напомним, измерения воды вручную около таких образований весьма опасны, так как среди прочего от тающего айсберга откалываются крупные куски, и иногда весьма неожиданно. От спутниковой технологии толку в таком случае, по вышеуказанным причинам, также немного. А вот новый удалённый метод позволяет вести мониторинг таких процессов в реальном времени без малейшей опасности для исследователей.

Вряд ли метод полностью заменит спутниковое слежение. Но, определённо, он улучшит точность климатических моделей, описывающих Арктику, и, возможно, позволит нам лучше понять, что именно там происходит и когда эти изменения станут необратимыми...

Александр Березин

Источники:

1. compulenta.computerra.ru