Институт прикладной физики РАН

Институт прикладной физики РАН займётся прогнозированием климата и лабораторной астрофизикой в рамках мегагрантов

ИПФ РАН получит финансирование на выполнение двух проектов: по созданию лаборатории прогнозирования климатических процессов и лаборатории экстремальных астрофизических объектов. Первую из них возглавит профессор Юрген Куртц из Германии, а вторую — професс

В рамках четвёртого конкурса мегагрантов, итоги которого были подведены в самом конце декабря 2013 года, Институт прикладной физики РАН (ИПФ РАН) получит финансирование на выполнение двух проектов: по созданию лаборатории прогнозирования климатических процессов и лаборатории экстремальных астрофизических объектов. Первую из них возглавит профессор Юрген Куртц из Германии, а вторую — профессор Жулиан Фукс из Франции.

 Лаборатория POSTERIOR (Novel apPrOacheS to investigation of climaTE processes and pRedictIOn of extReme events) будет заниматься разработкой новых методов решения такой сложной задачи как моделирование климатических систем.

 

 

 

 

 

 

 

 Эта задача на данный момент решается путём численного анализа сложных систем уравнений, таких как, например, Модели общей циркуляции атмосферы и океана. Такой подход сталкивается со значительными сложностями, связанными в первую очередь с невозможностью учесть все действующие факторы, а также сильной зависимостью результатов моделирования от начальных и граничных условий.

 В создаваемой в ИПФ РАН лаборатории намерены развивать принципиально иной подход. Прогнозирование будет вестись на основе эмпирических моделей, полученных из непосредственного анализа пространственно-временных зависимостей определённых параметров климатической системы. В этом методе изначально не закладываются какие-либо сведения о механизмах наблюдаемых явлений. Причинно-следственные связи при этом выявляются специально написанными программами автоматически в процессе так называемого компьютерного обучения. После обучения такие программы способны на основе уже имеющихся данных предсказывать, что будет происходить в системе в дальнейшем.

 Учёные ставят перед собой амбициозные задачи научиться делать не только краткосрочные, но и долгосрочные прогнозы в масштабах, как отдельных регионов, например, Арктики, так и всей планеты. При этом будут применены наработки и из других областей науки, например, из области теории динамических сетей. Если представить глобальную климатическую систему как совокупность слабосвязанных субсистем, то к ней применимы некоторые подходы из активно развивающейся в последнее время теории «сетей из сетей».

 Решение поставленных задач позволит заблаговременно предсказывать такие экстремальные явления, как бури, засухи, сильные осадки, лесные пожары и др., прогнозировать состояние ледяного покрова арктических районов, проводить оценку и сравнение степени влияния, которое оказывают на глобальное потепление факторы естественной и антропогенной природы.

 Возглавит лабораторию профессор Юрген Куртц, глава исследовательского отдела «Междисциплинарных концепций и методов» Постдамского института по исследованию воздействия на климат. Ю. Куртц всемирно известен как специалист в теоретической физике с широкими междисциплинарными интересами в области нелинейной физики и анализа данных. С российской стороны к работам в рамках проекта будут привлечены исследовательские группы профессора А. М. Фейгина и профессора В. И. Некоркина (ИПФ РАН), а также профессора И. И. Мохова (Института физики атмосферы РАН). В состав лаборатории войдут: д.ф-м.н. Д. А. Смирнов из Саратовского государственного университета и профессор Е. М. Володин из Института вычислительной математики РАН, а также профессор М. Гил и доктор Д. Кондрашов из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Прогнозирование стохастической системы. Сверху чёрным показана известная часть временного ряда, зелёным — то, что должно быть предсказано. Снизу показан результат предсказания. Левая колонка соответствует переходу от сложной динамики к простой, правая — наоборот, переходу от простой динамики к сложной.

 

 

 

 

 

Исследования второй лаборатории лежат в рамках совсем молодой научной дисциплины, называемой лабораторной астрофизикой. Её задача заключается в том, чтобы в лабораторных условиях смоделировать процессы, характерные для астрофизических объектов: звёзд, пульсарных туманностей, микроквазаров, активных ядер галактик и источников гамма-всплесков. Для этого будут использованы современные мощные лазерные системы и импульсные источники магнитного поля.

 Одним из направлений исследований лаборатории станет изучение процессов энерговыделения в так называемых магнитных арках. Известно, что именно такие структуры,  сопровождающиеся мощными вспышками электромагнитного излучения и выбросом большого количества вещества, возникают на таких космических объектах как Солнце, красные карлики и магнетарах. В случае Солнца, речь идёт о корональных выбросах массы, которые приводят к магнитным бурям на Земле и способны вывести из строя системы связи и нарушить, например, работу орбитальных спутников. Понимание механизмов возникновения этого явления способно значительно улучшить возможности предсказания подобных процессов.

 Магнитные арки будут изучаться в плазме, создаваемой электронно-циклотронным разрядом в присутствии мощного излучения микроволнового диапазона. Для генерации такого излучения используются гиротроны (СВЧ-генераторы), разработкой которых долгое время занимается ИПФ РАН и нашедшие широкое применение для нагрева плазмы в установках управляемого термоядерного синтеза.

 Другое направление исследований новой лаборатории связано с изучением релятивистских и субрелятивистских джетов — плотных потоков частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. Такие джеты наблюдаются у многих астрофизических объектов, но механизмы их возникновения до сих пор до конца не поняты.

Внешний вид соленоида для генерации импульсного магнитного поля напряженностью 50 Тл. Общий вид мишенной камеры для изучения джетов с введенным в неё соленоидом для создания внешнего магнитного поля 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 По данному направлению предметом изучения станет плотная плазма, создаваемая при взаимодействии мощного лазерного излучения с веществом. При этом важной особенностью планируемых экспериментов станет наличие в создаваемой плазме сильных магнитных полей. Для их генерации будут использованы специальные соленоиды, разработанные в ИПФ РАН, способные генерировать импульсы поля напряжённостью в десятки тесла — более чем в сто тысяч раз больше, чем магнитное поле Земли. В качестве источника мощного лазерного излучения будет использован уникальный петаваттный лазерный комплекс PEARL, также созданный в ИПФ РАН.

 Созданием и работой лаборатории будет руководить профессор Жулиан Фукс, имеющий немалый опыт работы в области лабораторной астрофизики. В Лаборатории использования интенсивных лазеров LULI, расположенной в парижской Политехнической школе, группе экспериментаторов под его руководством уже удалось получить предварительные результаты по планирующимся направлениям исследования. С российской стороны общее руководство лабораторией будет осуществлять член-корреспондент РАН А. М. Сергеев, а отделы создаваемой лаборатории возглавят сотрудники ИПФ РАН И. Ю. Костюков, А. Н. Степанов и профессор С. В. Голубев.

 Отметим, что в Институте прикладной физики РАН уже реализуются несколько проектов, выигранных в предыдущих конкурсах в рамках мегагрантов. Напомним, что мегагранты представляют собой гранты Правительства Российской Федерации, предназначенные для государственной поддержки (на конкурсной основе) научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских научных учреждениях.

В четвёртом конкурсе приняли участие 503 заявки, из которых поддержаны были только 42. Размер поддержки составляет до 90 млн руб. сроком на три года (2014–2016) с возможным продлением на 2 года.

 Артём Коржиманов,
научный сотрудникИнститута прикладной физики РАН

жулиан фукс институт прикладной физики ран лабораторная астрофизика мегагрант моделирование климатических систем юрген куртц

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий