Метеорологічні дослідження на станціях Варнадського

Антарктида - це найзагадковіший і найсуворіший материк земної кулі. Вона і досі є майже єдиним куточком, який людина не використовує у промислових цілях.
Першим, хто почав досліджувати цей материк, був британський дослідник Р. Скотт. На його думку, незважаючи на головну задачу своєї експедиції - завоювання Південного полюсу, не можна нехтувати й іншими науковими дослідженнями. Саме тому він ввів до складу експедиції науковців, серед яких був і метеоролог - Ричард Пріслі.

Зараз дослідження в Антарктиці проводяться багатьма країнами - це Росія, США, Англія, Японія та інші. Вносить свій вклад у науку і наша держава. Українські вчені працюють на станції Академік Вернадський.

Станція Академік Вернадський (до 6 лютого 1996 року - британська база Фарадей) знаходиться на Аргентинських островах (65° 15'S, 64°16'W), які представляють собою групу невеликих островів, що розташовані в декількох кілометрах від гористого західного узбережжя Антарктичного півострова. Більшість островів покрита льодовими шапками, найвища точка - острів Уругвай висотою 65 метрів. Найближчий пункт Антарктичного півострова - мис Туксен - знаходиться на відстані близько 7 км від станції. Відстань від станції до Києва - 15 тис. км.

Це один із найметеоактивніших регіонів земної кулі. Образно кажучи, станція знаходиться в гігантській "трубі" - на березі протоки Дрейка, через яку відбувається безупинний енергетичний обмін між найбільшими резервуарами теплової енергії - Тихим та Атлантичним океанами. На протягу тижня напрям вітру та погода на станції можуть змінюватись декілька разів.

За даними Британської антарктичної служби (БАС) наукова база на Аргентинських островах поблизу Антарктичного півострова з'явилася в часи Британської експедиції на Землю Грейама у 1934-37 pp. Неперервна робота на станції почалася з 1947 p. на острові Вінтер. База на Аргентинських островах з 9 січня 1947 року працювала як постійно діюча метеорологічна станція. На зимівлю 1953-54 pp. станція була перенесена на мис Марина острова Галіндез, де знаходиться дотепер. Це найстаріша станція, що постійно працює на Антарктичному півострові. З 1953 року тут було споруджено ще декілька будівель, але більшість існуючих зараз жилих та робочих споруд з'явилося в 1979-1980 рр. На станції можуть постійно працювати до 24 чоловік.

У трьох зимівлях брали участь учені Харкова. Це співробітники Радіоастрономічного інституту Національної академії наук України. Метою їх антарктичних досліджень є вивчення електромагнітного впливу на верхню атмосферу та магнітосферу природними й техногенними процесами, що йдуть знизу, від поверхні Землі, а також проектування могутніх кліматичних явищ на висоті плазмової оболонки. Станція використовується ними як полігон для розробки й апробації нових методів радіодіагностики навколоземного простору.

Антарктида розташована у високоширотному поясі Землі - чутливому "камертоні" сонячно-земних зв'язків. Основним транспортним енергетичним агентом є потоки заряджених часток від Сонця (сонячний вітер), які переносять гігантську енергію на орбіту Землі. Найенергійніші з них пробивають магнітну броню - магнітосферу, розповсюджуються у верхній атмосфері, викликають магнітні бурі, феєричні полярні сяйва, електромагнітні випромінювання. Дослідження фізиків, геофізиків, екологів спрямовані на вивчення й прогнозування саме цих процесів, стимульованих енерговиділенням в атмосферу ззовні, від Сонця до Землі та їх впливу на навколишнє середовище.

Це єдиний континент, позбавлений промислової активності - викидів хімічних речовин і теплової енергії, радіовипромінювання тощо. Тут немає штучних джерел потужного електромагнітного випромінювання - електростанцій, ліній електропередач, радіо і телепередавачів, немає локальної грозової активності. Однак парадокс в тому, що глобальними природними хвилепровідними каналами в електромагнітний клімат Антарктиди "закидаються" випромінювання з промислово розвинутих регіонів земної кулі практично по всій смузі радіочастот.

Дослідження в Антарктиді дозволять також вияснити, який вплив техногенні викиди енергії в одних регіонах земної кулі створюють на метеорологічні і кліматичні зміни в інших районах.

Із довідки про кліматичні умови за період 1947-1990 pp.: середньорічна температура - 4,3 °С, середньомісячна влітку від -1° С до +2° С, взимку температура може змінюватися в залежності від стану морського льоду в межах від -5° С до -20° С. Сніг іде біля 255 днів на рік, дощ - 85 днів, а кількість сонячних годин в році - біля 825 (один місяць).

Аргентинські острови - місто дуже вітряне, найсильніші вітри дмуть з півночі та північного сходу (з Тихого океану). В середньому штормові вітри можна спостерігати 15 діб на рік. Найнижча температура, яка була зареєстрована у районі Аргентинських островів: -43,3° С (1958 р.), найвища: +11,8° С (1985 р.). Середня швидкість вітру -7,7 вузлів (4,0 м/с), максимальна середня швидкість вітру - 50 вузлів ( 25,7 м/с), максимальний порив вітру -76,2 вузли (39,1 м/с).

Розміри та рельєф островів не дозволяють використовувати повітряний транспорт, за винятком вертольотів.

На станції Фарадей Британською антарктичною службою проводились наукові дослідження за напрямками:

Наземна метеорологія

Вимірювання озону та ультрафіолетового випромінювання, геомагнетизм, дослідження іоносфери (іоносферні струми, плазмові неоднорідності, іоносферні бурі), акустичні гравітаційні хвилі у термосфері та тривалі зміни у верхній атмосфері, припливи, ОНЧ-вимірювання, збір зразків ізотопів з атмосферному пилу, атмосферна турбулентність, психологія та фізіологія людини, різні біологічні дослідження. Багато з цих досліджень зараз продовжуються українськими вченими.

Наукові дослідження на станції Академік Вернадський:

У наш час на ст. Ак. Вернадський проводяться вимірювання за двома науковими програмами:

• 1) вивчення змін у навколишньому середовищі в Антарктиці
• 2) дослідження верхньої атмосфери.

Згідно Меморандуму між БАС та ЦАІ українські вчені зобов'язалися продовжувати дослідження, які раніше виконували англійські вчені в галузі іоносферного зондування, магнітних вимірювань, метеорологічних спостережень і моніторингу озонового шару. Тим паче, що деякі спостереження мають найдовші ряди даних у Антарктиді.

Дослідження верхньої атмосфери Землі.

Для вивчення верхньої атмосфери на станції використовуються: аналоговий іонозонд, приймачі ОНЧ-діапазону, магнітометри.

Приполярний регіон, де міститься станція, є дуже цікавим для вивчення іоносфери, так як верхні шари атмосфери в цій області є осердям більшості енергетичних потоків, які проходять скрізь магнітосферу та іоносферу Землі, і їх вплив проявляється у значній кількості явищ, наприклад, таких як полярні сяйва.

Дослідження озонового шару.

Основними задачами вимірювання загального озонового шару в атмосфері на станції є:

• а) виявлення закономірностей змін озонового шару над Антарктикою та їх вплив на глобальні зміни навколишнього середовища і клімату;
• б) вивчення полярних стратосферних і аерозольних хмар з метою дослідження механізму виснаження озонового шару і динаміки малих складових атмосфери. Особливу цінність представляють довгі ряди спостережень, які дозволяють надавати контроль у масштабі останніх десятиріч. Станція Ак. Вернадський географічно розташована в області "озонової дірки". Озонові вимірювання проводяться тут з 1957 року, що є одними з найбільш довготривалими в рядях спостережень у Антарктиці. Кількість озону визначається з допомогою спектрометра Добсона з точністю до 1%, що дає можливість виділяти довготривалі тренди з перспективою прогнозів на майбутнє.

Дані озонових спостережень надсилалися до БАС щотижня згідно Меморандуму. Співробітники БАС відмітили високу якість вимірювань, зроблених українськими вченими.

Підчас зимівлі на ст. Вернадський проводились синоптичні метеоспостереження, спостереження за рівнем моря, реєстрація опадів та снігомірні зйомки.

Повні синоптичні вимірювання проводились в трьох часових інтервалах за стандартною програмою ВМО. До неї входить визначення висоти, кількості і типу хмарності, прозорості атмосфери, дальності видимості за відомими реперами (горами) та ін. Основні метеовимірювання проводились за допомогою автоматичної апаратури MAWS. Данні з MAWS автоматично записувались в файл. Кожні 6 годин оперативні данні з MAWS та синоптичні вимірювання передавалися на станцію БАС Розера. В місці розташування станції неперервні метеоспостереження проводяться з 1947 року. Це надає їм особливу цінність, тим паче, що в останні роки в районі Антарктичного півострова реєструється постійне підвищення середньорічної температури.

Програма реєстрації та відбору проб опадів проводиться на замовлення МАГАТЕ (Відень) з метою контролю забруднення навколишнього середовища. Опади розливаються у спеціальні контейнери і щорічно відправляються до МАГАТЕ.

Дані з автоматичного датчика припливів "Tedi Logger'" Прудманівської лабораторії щорічно забираються співробітником лабораторії. Усі зміни рівня моря проводяться в футах (30,48 см). Данні з стрічки автоматичного запису зчитувалися щорічно і вводилися до ЕВМ.

За програмою гляціологічних досліджень на крижаному куполі гори Вузл ( о. Галіндез) було встановлено снігомірний полігон і метеорологічна будка для дослідження мікроклімату купола. За даними щотижневих спостережень було досліджено сезонне снігонакопичення на куполі. Теодолітної зйомки висоти куполу для визначення масобалансу льодовика, як цілого, проведено не було.

Льодова обстановка у зимній період не дозволила організувати польовий табір для проведення гляціологічних досліджень льодовиків Землі Грейама.

Геофізичні дослідження.

Метою цих досліджень є вивчення сучасних процесів глобальних змін, наприклад, зміни у озоновому шарі та "парниковий" ефект, проведення реконструкції історії клімату Антарктики для кращого розуміння механізмів впливу та взаємодії системи льод-океан-атмосфера-іоносфера-Сонце.

Зараз вимірювання на станції проводяться в рамках наукових напрямів, які є складовими частинами великої міжнародної програми International Geosphere/Biospere Programme (IGBP). Її задачі: а) реєстрація і передбачення глобальних змін; б) спостереження домінуючих процесів; в) вивчення явищ-індикаторів глобальних змін; г) оцінка ефектів глобальних змін, які можуть стати причиною великомасштабної модифікації середовища, що вплине на доступність відновлюваних та невідновлюваних ресурсів.

Основна мета IGBP - розробка моделей, які передбачають можливі глобальні зміни навколишнього середовища на Землі. Антарктида в програмі IGBP грає ключову роль тому, що всі глобальні зміни на Землі (клімат, навколишнє середовище та ін.) тут виявляються більш помітно, ніж у середніх широтах і тому краще контролюються. Крім того, Антарктида є сховищем палеоданих про навколишнє середовище, які утримуються у льодовиках і морських відкладеннях.

У теперішній час вимірювання на станції можна умовно підрозділити на дві частини : 1) моніторинг клімату (метеорологія, припливи), 2) моніторинг верхньої атмосфери (вимірювання озонового шару, записи варіацій магнітного поля, іоносферне зондування, реєстрація іоносферних ОНЧ-сигналів).

На станції будуть розвиватися роботи по дослідженню процесів взаємовпливу метео-, сейсмо- та техногенних явищ в тропосфері і нижній атмосфері на іоносферу Землі крізь систему "тропосфера-стратосфера-мезосфера", по виявленню цих процесів у формуванні та довгострокових змін навколишнього середовища. Планується оснащення лабораторій станції новим сучасним обладнанням.

Це дозволить проводити на високому рівні дослідження процесів взаємодії в системі "сонячний вітер - магнітосфера - іоносфера - мезосфера - стратосфера - тропосфера" і механізмів передачи, розповсюдження і дисипації енергії в ній, що є ключовим питанням у проблемі глобальних змін навколишнього середовища і клімату.

На станції проводяться такі дослідження:

• - вивчення впливу ліній електропередач, блискавок і ОНЧ-передавачів на навколишнє середовище (іоносферу) з метою опису супроводжуючих ці явища процесів та їх вплив на навколишнє середовище в глобальному масштабі;
• - виявлення іоносферних ефектів над станцією, які викликані техногенною дією і збуреннями у магнітно-спряженому районі - східному узбережжі США (старти космічних апаратів, інжекція плазми в іоносфері, нагрівання іоносфери, грозова активність).