Защита в ИПФ: Андрей Евтушенко

Продолжаем рассказывать про сотрудников ИПФ РАН, защитивших диссертации.

И на очереди у нас – Андрей Евтушенко, старший научный сотрудник и заместитель заведующего отделом геофизической электродинамики ИПФ РАН.

Он защитил докторскую диссертацию 12 октября 2023 года в Российском государственном гидрометеорологическом университете (РГГМУ).

Тема: Исследование условий инициации, особенностей развития и глобального распределения высотных разрядов в атмосфере.

Специальность: науки об атмосфере и климате

— Почему вы выбрали именно эту тему для исследования?

— Если говорить в общем, то я исследую электрические разряды в атмосфере, а если сказать более конкретно, то часть разрядных процессов, которые называются высотными разрядами. В конце ХХ века было обнаружено, что помимо общеизвестных молний, происходящих в тропосфере Земли, выше облаков тоже есть электрические разряды, называемые высотными разрядами. Этим термином обозначают целое семейство разрядов, занимающих диапазон высот от 20 до 90 км. Наиболее интересными для исследования являются спрайты, гигантские джеты и гало, развивающиеся в мезосфере. Важной особенностью мезосферы является то, что она сложна для исследования. Ее довольно сложно наблюдать с Земли, поскольку она располагается уже высоко и попасть туда можно только на ракете, а для дистанционного зондирования из космоса эта область находится низко, и исследованиям мешает плотная атмосфера. В этом слое атмосферы происходит много интересных явлений, которые мало изучены, в частности – высотные атмосферные разряды.

Исследованием атмосферных разрядов я занимаюсь с того момента, как пришел работать в отдел Евгения Анатольевича Мареева (академик РАН, заведующий отделением геофизических исследований). Еще со школы мне была интересна химия, и научный руководитель поставил задачу исследовать влияние высотных разрядов на химический состав атмосферы. К этому вопросу добавились и другие, например, как эти явления можно смоделировать в лаборатории, насколько высотные разряды распространены. Поэтому, диссертация охватывает 3 направления: это химия, лабораторное моделирование и исследование распространенности высотных разрядов, чтобы оценить, насколько часто они бывают.

— Как проходило ваше исследование?

— Все три направления исследований были несколько разнесены по времени. С 2016 года начались наши работы по лабораторному моделированию высотных разрядов. Для этого мы создали уникальную научную установку «Спрайт». Сначала она предназначалась для других, чисто технологических целей, но после того, как эти работы завершились, мы ее переоборудовали. Для нас была важна возможность реализовать градиент давления – иными словами, создать те самые условия, которые сопровождают высотные разряды в атмосфере. На «Спрайте» мы можем смоделировать высотный разряд практически полностью, а не по частям. Так в мире никто не делает.

Из всех высотных разрядов особое внимание уделяется спрайтам, но в принципе, на установке можно моделировать еще и гигантские джеты. В нашем климате эти явления встречаются редко, поэтому всегда хорошо иметь «домашний» разряд, который можно повторять в одинаковых условиях, чтобы исследовать его особенности.

Влияние разрядов на химический состав атмосферы мы изучаем уже 15 лет, последняя статья по этой теме была опубликована в 2021 году. А исследование распространенности высотных разрядов – это относительно новая тематика, мы ей занимаемся с 2020 года.

— Какие методы, кроме лабораторного моделирования, вы еще использовали в своей работе?

— Мы рассматривали взаимодействие высотных разрядов с мезосферой с точки зрения химии, была предложена некая система реакций. На их основе мы составили численную модель и посмотрели, как она реагирует на внешние возмущения. А для того, чтобы исследовать распространенность высотных атмосферных разрядов, мы воспользовались глобальной грозопеленгационой системой WWLLN (World Wide Lightning Location Network), у которой также есть численная модель, позволяющая оценить количество спрайтов.

— Какие результаты вошли в диссертацию? Что удалось узнать?

— Нам удалось оценить возмущения в очень интересном слое атмосферы – мезопаузе – благодаря тому, что рассматривали химические реакции в совокупности с моделью, оценивающей распространенность спрайтов. Мы хотим развивать эту идею дальше и посмотреть на реальных данных дистанционного зондирования, как это влияет на проводимость. Это может играть большую роль в вопросах обеспечения надежной связи с объектами в СДВ диапазоне (сверхдлинноволновый диапазон). Также нам удалось воссоздать в лабораторных условиях заряд, очень похожий по многим параметрам на спрайты, которые мы наблюдаем в природе. Мы продолжаем изучать свойства лабораторного разряда и искать способы, как перенести полученные знания о нем на природное явление. Получается, наш лабораторный разряд – это своего рода пробник, изучая характеристики которого, мы надеемся узнать больше о той области, в которой происходят природные разряды – мезопаузе, поскольку она таит в себе много загадок. Это одна из наших перспективных идей.

— Какие у вас есть планы на дальнейшие исследования?

— Мы продолжаем работать по каждому из трех, обозначенных в диссертации, направлений. Например, недавно мы подготовили статью о том, насколько распространены спрайты на территории России. Мы выяснили, что они часто встречаются в более южных регионах, можно выделить 3 региона: Краснодарский край, Алтай и Дальний восток. Наши моделирования показали, что эти три кластера существенно отличаются по характеру. Например, на Алтае каждый год происходит примерно одинаковое количество спрайтов, за счет того, что в этой горной области много болот, влаги. Говоря научным языком, здесь сложилась своя мезомасштабная конвективная система в совокупности этих условий. А на Дальнем Востоке и в Краснодарском крае количество спрайтов будет определяться приходящими системами, поэтому в один год там может случаться большое количество таких природных явлений, в другой – ни одного.

Также мы хотели бы исследовать, как часто спрайты происходят в Нижегородской области. Планируем поставить в этом году камеры, собираемся развивать это направление.