Центральной Аэрологической Обсерватории - 60 лет

     В 2001 году исполняется 60 лет Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО).

     Обсерватория была создана в суровом 1940 году "...в целях быстрого проектирования, изготовления и испытания новых конструкций аэрометеорологических приборов и улучшения зондирования атмосферы в городе Москве". Согласно приказу от 8 сентября по Главному Управлению Гидрометеорологической Службы Красной Армии N65 Обсерватория организовывалась на базе Аэрологической обсерватории и Центрального института прогнозов (ЦИПа) "в составе Конструкторско-Испытательного отдела с Мастерской и Отдела наблюдений с подчинением Обсерватории IX Отделу ГУГМС Красной Армии". Первым исполняющим обязанности начальника обсерватории был назначен Н.П.Коноплев. Уже через неделю на подпись начальнику Главного Управления Гидрометслужбы Красной Армии, знаменитому полярнику, бригинженеру Евгению Константиновичу Федорову были представлены Положение об Обсерватории и план работ до конца 1941 года. Общий штат молодого института насчитывал всего 36 единиц. Большинство из них составляли сотрудники Аэрологической обсерватории ЦИПа и шесть человек - из штата Московской Геофизической Обсерватории.

     В 1943г. Главное управление гидрометеорологической службы приняло решение создать аэрологический центр в ЦАО поскольку ранее исполнявший эту функцию Ааэрологический институт ГГО в Павловске был варварски разрушен фашистами.

     В том же году В.В.Костарев предложил применить радиолокаторы для определения ветра в атмосфере и тем самым сделать наблюдения ветра всепогодными. За короткое время был разработан и внедрен метод ветрового радиозондирования атмосферы. Радиозонды, на которые устанавливались дипольные или уголковые радиолокационные отражатели, сопровождались с помощью радиолокаторов. По синхронным записям координат зонда и телеметрического сигнала строили профили температуры, влажности и ветра. С внедрением изобретения В.В.Костарева завершилось создание современного облика системы температурно-ветрового зондирования атмосферы, начало которому было положено изобретением в 1930г. П.А.Молчановым первого радиозонда.

     В создании и становлении Обсерватории огромную роль сыграл ее директор Г.И.Голышев. Он был инициатором многих направлений деятельности ЦАО.

     Еще до окончания войны началось восстановление и развитие аэрологических наблюдений в масштабе всей страны. Для организации этой работы в послевоенные годы был увеличен штат обсерватории, ей была предоставлена новая техника, радиолокационные станции, самолеты, аэростаты. В 1950г. при участии ЦАО создана система радиозондирования "Малахит"-А-22, впоследствии модернизированная в радиолокационную систему путем оснащения дальномерной приставкой.

     В 1985г завершено создание и началось внедрение на аэрологической сети новой системы радиозондирования АВК-1-МРЗ, разработанной при активном участии ЦАО. С помощью АВК-1 производится автономная автоматическая обработка данных непосредственно на станциях вплоть до выдачи аэрологических телеграмм.

     В 90-х годах в тяжелых экономических условиях коллектив ЦАО прилагает много усилий для обеспечения методического руководства работой аэрологической сети и совершенствования технических средств. В последнее время в ЦАО завершена разработка и испытания аэрологических станций нового поколения типа МАРЛ с фазированной антенной решеткой, созданных на современной элементной базе. Первый серийный образец установлен в Ростове-на-Дону.

     В ЦАО широко использовались воздухоплавательные средства для зондирования атмосферы еще до войны. Именно в ЦАО начались интенсивные научно-исследовательские полеты на аэростатах и субстратостатах. Пилоты-аэронавты Г.И.Голышев, А.Ф.Крикун, Б.А.Невернов и П.П.Полосухин осуществили рекордные полеты в открытой гондоле до нижней границы стратосферы. Пилоты Обсерватории установили несколько международных рекордов по продолжительности и высоте полета на аэростатах. В послевоенные годы было предложено техническое решение для создания автоматических стратостатов. которые нашли широкое применение для исследования стратосферы и летных испытаний новых видов аппаратуры. Полеты автоматических стратостатов позволили получить уникальные данные о радиационных и оптических характеристиках атмосферы и ее составе. В 1991-2001гг. сотрудники ЦАО принимали участие во всех осуществленных в Арктике международных кампаниях аэростатных исследований, в основном направленных на изучение состояния озонного слоя Земли.

     Существенный вклад внесли ученые ЦАО в развитие метеорологической радиолокации. Уже в 1946г в ЦАО В.В.Костаревым впервые в России начато применение радиолокационных станций сантиметрового диапазона для обнаружения ливней и гроз. Под его руководством в начале 50-х годов была создана первая радиолокационная сеть штормового оповещения. В 60-е и 70-е годы в ЦАО под научным руководством В.В.Костарева был выполнен цикл теоретических и экспериментальных работ по разработке радиолокационных методов измерения осадков, атмосферной турбулентности, ветра. Эти исследования позволили превратить метеорологический радиолокатор в средство измерения параметров облаков и осадков. Работы этого направления были удостоены Государственной премии СССР. В 1980г. по инициативе ЦАО и при поддержке Мосссовета была создана первая в России сеть автоматизированных метеорологических радиолокаторов "Московское кольцо", объединившая радиолокационные метеорологические комплексы в Москве, Калуге и Рязани.

     В 1948г. ЦАО включается в разработку метеорологической ракеты, успешные летные испытания которой были проведены в октябре 1951г. Первая в мировой практике метеорологическая ракета МР-1 с высотой подъема 90 км успешно эксплуатировалась до 1959г. Данные, полученные с помощью этой ракеты, легли в основу первой версии стандартной атмосферы СССР (ГОСТ 4401-64).

     В дальнейшем был создан ряд твердотопливных метеорологических ракет: МР-12 (высота подъема 180 км), М-105 Б (высота подъема 90 км) и ММР-06 (высота подъема 60 км). Этими ракетами была оснащена сеть станций ракетного зондирования, охватывавшая восточное полушарие от Земли Франца-Иосифа до обсерватории Молодежная в Антарктике (8 наземных и 8 корабельных станций). Результаты ракетного зондирования позволили создать еще несколько версий стандартных атмосфер СССР (ГОСТ 4401-73, ГОСТ 22721-77 и ГОСТ 24631-81). Данные ракетного зондирования легли в основу Международных справочных атмосфер Международного комитета по космическим исследованиям и Международной организации стандартизации. Ракетное зондирование являлось важным элементом обеспечения испытаний высотных летательных аппаратов, а накопленный массив данных был использован для проведения исследований структуры, движений и состава средней атмосферы. В последние годы особое внимание было обращено на изучение озоносферы, особенно в районах, характерных аномальными изменениями озона, в Арктике и Антарктике.

     Данные ракетного зондирования позволили обнаружить значительное охлаждение верхней и средней атмосферы, более 30°К за 30 лет, что указывает на необходимость дальнейшего уточнения стандартной атмосферы.

     В 60-е годы ЦАО подключилась к работам по созданию аппаратуры для зондирования атмосферы с помощью ИСЗ. За короткое время был создан отдел спутниковой метеорологии, который оказал значительное влияние на развитие спутниковой наблюдательной системы. Этот отдел в последствии вошел в состав вновь организованного Государственного научно-исследовательского Центра по изучению природных ресурсов.

     В 1982г. начались работы по созданию бортового озонометрического прибора СФМ-1 для КА "Метеор" . Он был установлен на борт КА "Метеор-Природа 3-2" в 1983г. и функционировал с 27 сентября 1983г. по 14 ноября 1983г. Второй экземпляр прибора СФМ-1 был установлен на КА "Метеор-3" и нормально функционировал с конца 1988г. по 1990г. Была произведена глубокая модернизация этого прибора и новые варианты его - СФМ-2 - были установлены последовательно на борт КА "Метеор-3" NN 3, 4, 5 и нормально функционировали с 1988 по 1993г. С помощью этих приборов были получены данные о вертикальном распределении плотности озона в полярных районах северного и южного полушарий в диапазоне высот 35-80 км. В настоящее время прибор СФМ-2 усовершенствован, два его образца установлены на КА "Метеор-3М" N1. Запуск этого аппарата запланирован на конец 2001 - начало 2002г.

     В рамках межправительственного соглашения между СССР и США об исследовании и использовании космического пространства в мирных целях от 15 апреля 1987г., Госкомгидромет СССР подписал соглашение с NASA США об установке американского прибора ТОМС на советском космическом аппарате "Метеор-3". По этому соглашению, на ЦАО были возложены функции по созданию алгоритмов обработки данных прибора ТОМС, по обработке, архивации и распространению информации о ежесуточном глобальном распределении общего содержания озона (ОСО). Разработанные алгоритмы и программы используются с 1996г. по настоящее время для мониторинга состояния озонного слоя. В рамках этих работ сотрудниками отдела создан уникальный для России архив ежесуточных данных ОСО с 1978г. по 1994г. и с 1996г. по настоящее время.

     Дальнейшее развитие в ЦАО теоретических и практических работ по космическому мониторингу атмосферы направлено на создание алгоритмов и программ для обработки данных наблюдений пропускания атмосферы в оптическом диапазоне длин волн в периоды восходов и заходов Солнца/Луны. Разрабатываемые методы предназначены для обработки информации от американского прибора SAGE-3, запуск которого запланирован на первый квартал 2002г. на российском космическом аппарате "Метеор-3М".

     В 1963г. в ЦАО впервые в России были начаты работы по созданию и использованию лазерного локатора для зондирования атмосферы. Результаты этих работ явились основой для создания в России нового направления в дистанционных исследованиях атмосферы.

     В 1968г в ЦАО зарегистрировано открытие существования области повышенной ионизации на высотах от 10 до 40 км и области пониженной ионной концентрации на высотах 50-70 км. В 1975г в ЦАО открыто явление аномального рассеяния радиоволн атмосферными облаками.

     В 70-89 годы с участием ЦАО выполнен цикл пионерских исследований по применению диодной лазерной спектроскопии для высокочувствительного газоанализа и исследования состава атмосферы. Работы этого цикла проводились в содружестве с коллективами ученых Академии наук СССР (Физический институт им. П.Н.Лебедева, Институт общей физики, Институт спектроскопии) и Института атомной энергии им. И.В.Курчатова. В 1985 году за создание методов диодной лазерной спектроскопии и их применения коллектив авторов этих работ был удостоен Государственной премии СССР в области науки и техники.

     Исследования по физике облаков были начаты в ЦАО с момента ее создания и продолжались на протяжении всей истории обсерватории. Научный фундамент многолетних исследований был заложен создателями наиболее авторитетной в нашей стране школы физики облаков - А.Х.Хргианом и А.М.Боровиковым. Накопленные в ЦАО результаты измерений позволили получить уникальные данные о микроструктуре, а также фазовом строении облаков в различных регионах СССР в разные сезоны. Были получены уникальные по объему сведения о макро- и мезоструктуре облаков, о вертикальном распределении размеров и концентрации облачных элементов, их фазовом состоянии, водности, зависимости микрофизических параметров облаков различных типов от высоты, сезона, мезо- и макросиноптических условий. Эти данные широко используются у нас в стране и за рубежом. Впервые были выполнены детальные исследования атмосферных параметров в перистых и в кучево-дождевых облаках различных регионов.

     В 1945-2000гг. был выполнен большой цикл научно-прикладных исследований по авиационной метеорологии. Впервые в нашей стране для изучения облаков и строения полей влажности, температуры и ветра в свободной атмосфере были использованы специально оборудованные многочисленной оригинальной измерительной аппаратурой самолеты-метеолаборатории. Большая часть исследований касалась изучения влияния на полеты неоднородностей в полях ветра в облаках и в ясном небе, исследованию таких явлений как обледенение воздушных судов, факторов, определяющих видимость на различных высотах. Большое внимание уделялось также возмущениям, возникающим в атмосфере под влиянием орографических, термических и других неоднородностей подстилающей поверхности. Наиболее полным как в СССР, так и в других странах, был цикл самолетных исследований турбулентности и ее энергетики в тропосфере и нижней стратосфере.

     Успехи в области физики облаков заложили основу для изысканий методов искусственного воздействия на облака и туманы, которые развивались в обсерватории начиная с 1948г. В 1951г в ЦАО под руководством И.И.Гайворонского впервые разработана методика самолетного рассеяния переохлажденных туманов в аэропортах с помощью твердой углекислоты и начаты оперативные работы в двух аэропортах. В дальнейшем в ЦАО были разработаны разнообразные наземные и самолетные углекислотные распылительные установки и создана отечественная методика рассеяния переохлажденных туманов для нужд авиации наземными средствами. В 80-е годы в ЦАО создается новая, экологически чистая и высоко эффективная, технология рассеяния туманов с помощью жидкого азота, с успехом примененная в 1997-2001гг. в контрактных работах по рассеянию туманов в аэропортах и на автодорогах Северной Италии.

     В 1958 г. ЦАО и Институт геофизики Академии наук Грузии первыми в стране разработали ракетный метод борьбы с градобитиями. Для диспергирования в ракетах льдообразующих веществ ЦАО совместно с Научно-исследовательским институтом прикладной химии был предложен и применен пиротехнический способ, ставший затем основой всех отечественных аэрозольных средств активных воздействий. На базе созданного противоградового метода в 1961г была организована первая в стране противоградовая служба в Грузии и в 1964г - в Молдавии, что положило начало созданию общегосударственной системы оперативных служб по борьбе с градобитиями. В 1969г за разработку и внедрение методов и средств борьбы с градом И.И.Гайворонский и Ю.А.Серегин были удостоены Государственной премии СССР.

     Принципиально новой разработкой ЦАО в области активных воздействий явилось создание в 70-х годах динамического метода разрушения конвективных облаков. Обширным комплексом натурных и лабораторных экспериментов была показана возможность инициирования нисходящих потоков и разрушения мощных конвективных облаков введением в их вершины грубодисперсных порошков нерастворимых веществ. Метод подавления развития облаков был использован для уменьшения выпадения осадков при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

     В 90-е годы в ЦАО отработана технология оперативного увеличения осадков для нужд различных отраслей народного хозяйства. В результате участия в Международном проекте по увеличению осадков (ПУО) в Испании (1979-1981гг), проведения обширной серии рандомизированных экспериментов на Пензенском метеорологическом полигоне, выполнения по Межправительственному соглашению пятилетнего рандомизированного эксперимента на острове Куба (1884-1988гг), выполнения 6-летнего коммерческого проекта на территории Сирийской Арабской Республики в ЦАО создан метод, позволяющий осуществлять операции по увеличению осадков на площади более 150 тысяч квадратных километров с сезонным увеличением осадков на 12-15%. В настоящее время метод успешно используется в коммерческом проекте по увеличению водных ресурсов в провинции Йязд Исламской республики Иран.

     Под научно-методическим руководством ЦАО была создана и функционировала с 1957 по 1863г. первая и единственная в мировой практике сеть самолетного зондирования атмосферы, состоящая из 31 пункта на территории СССР. С помощью самолетов было выполнено много уникальных крупномасштабных экспериментов и производственных работ по исследованиям атмосферы и активным воздействиям как в России, так и за рубежом.

     В 1993-95гг. специалисты ЦАО приняли активное участие в создании летающей лаборатории на базе высотного самолета-разведчика М-55 "Геофизика", с помощью которого были проведены исследования озонового слоя, полярных стратосферных облаков, газового и аэрозольного состава нижней стратосферы в экваториальной зоне, тропиках, Арктике и в Антарктиде.

     Значительное внимание в Обсерватории уделялось теоретическим исследованиям и моделированию атмосферных процессов. В 60-70е годы во всем мире важным инструментом атмосферных исследований стали численные эксперименты с использованием современных высокопроизводительных электронно-вычислительных машин (ЭВМ). С 1960г. Обсерватория подключилась к этому направлению - интенсивно проводились разработки численных моделей конвективных, слоистообразных и фронтальных облаков, а также мезомасштабных образований во внеоблачной части атмосферы. На этих моделях изучены многие ранее не известные особенности процесса осадкообразования при естественной эволюции фронтальной облачности и при искусственных воздействиях на нее.

     Сотрудники ЦАО значительно раньше своих зарубежных коллег исследовали связи атмосферного озона с основными элементами динамики атмосферы. Понимание этих связей позволило не поддерживать общепринятое в конце 80-х и в 90-х годах представление об исключительно антропогенном происхождении наблюдаемых отрицательных трендов озона. Исследования сотрудников ЦАО показали, что существенный вклад в отрицательные тренды озона вносят естественные факторы, связанные с трендами (колебаниями) циркуляции атмосферы. Проведены первые оценки количественного вклада естественных и антропогенных факторов в наблюдаемый тренд озона, разумеется, различного в разные сезоны и в различных регионах. Лишь в самое последнее время к аналогичным выводам начинают приходить и зарубежные исследователи, что видно из докладов, прочитанных на VIII Международной Ассамблее по исследованиям средней атмосферы (IAMAS), Инсбрук, июль 2001г.

     В конце 80-х и в 90-е годы ЦАО активно включается в наблюдения за состоянием озонового слоя в атмосфере. Впервые оперативный мониторинг состояния озонового слоя начат в 1988г. Для России и прилегающих территорий в период 1991-97 гг. издается специальный бюллетень о состоянии озонового слоя. Особое внимание уделяется в связи с этим наблюдению за ультрафиолетовой облученностью территорий. В 1998г. в ЦАО разработана система и начат мониторинг УФ-Б облученности территории России и прилегающих государств.

     За прошедшие годы в ЦАО выполнено большое количество научно-исследовательских работ в области метеорологии и физики атмосферы, многие из которых были пионерскими. Сейчас Центральная аэрологическая обсерватория является одним из ведущих научно-исследовательских и научно-методических учреждений Федеральной службы России по гидрометеорологии и охране окружающей среды.

     В настоящее время научно-исследовательская работа в ЦАО проводится в следующих направлениях:

• высотное зондирование атмосферы, разработка прямых и косвенных методов наблюдения и контроля параметров атмосферы с помощью радиозондов, ракет, самолетов-лабораторий, радио- и оптических локационных средств, космических аппаратов и т.п.;

• экспериментальные и теоретические исследования физики и химии свободной атмосферы, изучение механизма образования облаков и осадков с целью усовершенствования методов прогнозов метеорологических явлений и разработки методов активных воздействий на опасные метеорологические явления;

• исследования и мониторинг состояния озонового слоя Земли.

     Центральная аэрологическая обсерватория приобрела известность и авторитет среди других научно-исследовательских институтов в нашей стране и за рубежом исключительно благодаря усилиям нескольких поколений наших сотрудников, многие из которых отмечены Государственными премиями, ведомственными или правительственными наградами. Ученые ЦАО продолжают нести вахту исследователей атмосферы. В 2000 году кандидату физико-математических наук Мельничуку Ю.В. присвоено почетное звание "Заслуженный метеоролог Российской Федерации", кандидат физико-математических наук Иванов А.А. награжден медалью к ордену "Заслуги перед отечеством II степени".

В настоящем издании приводятся краткие обзоры по основным направлениям деятельности Обсерватории за годы, прошедшие с момента ее образования. Знакомя с этими материалами участников юбилейного заседания Ученого совета ЦАО, авторы будут искренне удовлетворены, если они помогут хотя бы в общих чертах представить путь, пройденный коллективом ЦАО за этот период.

Радиозондирование атмосферы

     Широко известна историческая дата 30 января 1930г., когда в Павловской аэрологической обсерватории профессор П.А.Молчанов осуществил запуск созданного им первого в мире радиозонда. С этого крупнейшего события в истории аэрологии и начинается развитие радиозондирования атмосферы в СССР, а затем и в других странах.

     После первого успешного подъема прибора в том же 1930г. в Павловске было выпущено еще несколько радиозондов, а в следующем 1931г. радиозондирование стало здесь основным методом исследования атмосферы. Вскоре радиозонды системы Молчанова были использованы для изучения арктической атмосферы: первые выпуски произведены во время международного арктического рейса дирижабля "Граф Цеппелин", затем при проведении 2-го Международного полярного года (1931-33г.г.) радиозонды выпускались на четырех советских станциях. Ко времени проведения этих международных исследований ни одна из стран еще не располагала собственными радиозондами, хотя их разработки интенсивно велись в Германии и Франции. Поэтому во время 2-го МПГ советские радиозонды нашли применение также и на некоторых зарубежных станциях.

     В 1935 году в Советском Союзе начала действовать первая в мире сеть станций регулярного радиозондирования атмосферы. Было организовано 17 аэрологических станций (АЭ); число их с каждым годом увеличивалось и к 1940г. достигло 40. Особенно быстрое развитие сети, отвечавшее возросшим запросам и техническим возможностям, шло в послевоенные годы: в 1950г. действовало уже 106 станций, в 1960г. - 157, в 1990г. - 228 (из них 18 на научно-исследовательских судах и в Антарктиде). Российская аэрологическая сеть в 1990г. состояла из 147 АЭ, и сегодня она насчитывает 127 станций.

     За семьдесят лет своего развития радиозондирование атмосферы прошло целый ряд качественных этапов, которые характеризовались увеличением высоты, автоматизации измерений и обработки данных. Совершенствование техники и метода радиозондирования атмосферы всегда было тесно связано с развитием радиоэлектроники и отражало достижения в этой области.

     В первые же годы гребенчатый радиозонд был существенно усовершенствован самим П.А.Молчановым и его ближайшими сотрудниками (А.А.Ершовым, Б.М.Лебедевым и др.). Прежде всего, была снижена масса прибора, что обеспечивало большую высоту зондирования. Для высотных стратосферных наблюдений был сконструирован облегченный радиозонд массой 560г. Большим достижением было введение измерений влажности воздуха (1933г.) и некоторые другие усовершенствования радиозонда. Проводились также исследования точности радиозондирования и радиационных ошибок (И.Б.Срезневский, А.А.Шепелевский и др.).

     Тогда же (1936-1937г.г.) были начаты первые опыты совместного температурно-ветрового зондирования атмосферы путем радиопеленгации радиозондов наземными коротковолновыми приемными устройствами направленного действия. Этот метод был доработан и испытан в годы Великой Отечественной войны. В 1942-1943гг. на Урале (под Свердловском) ГГО была организована трехбазисная пеленгация радиозондов и разработана методика определения ветра по этим наблюдениям (П.Ф.Зайчиков, С.И.Соколов, Н.В.Кучеров). Наряду с результатами температурного зондирования в службу погоды (в Свердловск и в Москву) сообщались и данные о распределении ветра.

Однако существенные практические результаты в этом направлении были достигнуты позже, когда метод радиопеленгации уступил свое место радиолокационному способу определения координат. В,В. Костаревым было предложено использовать радиолокатор для сопровождения шаров с пассивными отражателями. Это предложение нашло поддержку Е.К.Федорова и в 1943г. такие работы были проведены в Центральной аэрологической обсерватории В.В.Костаревым и Г.И.Голышевым. В результате была показана возможность определения скорости и направления ветра до максимально возможных высот подъема шара Эта методика легла в основу современного радиолокационного способа измерения скорости и направления ветра (ранее измерения координат радиозонда проводились с помощью оптических теодолитов и были ограничены высотой облачности).

     Радиозонд конструкции Молчанова, а позднее его модифицированный вариант РЗ-049 использовались на сети в течение почти 30 лет!

     Система радиозондирования А-22-"Малахит" (1957г.) была первой системой, в которой объединены измерения температуры, давления, влажности, скорости и направления ветра и одновременно повышена их точность. Создание комплексной системы зондирования атмосферы РКЗ - "Метеор" (Б.Г.Рождественский, М.В.Кречмер, 1959г.), основанной на принципе использования сигнала радиолокационного ответчика для измерения дальности, позволило повысить надежность аэрологического зондирования, а применение электрического датчика температуры (терморезистора) уменьшило ошибки измерений температуры на больших высотах. В ней впервые был автоматизирован процесс измерения и регистрации координат радиозонда и телеметрической информации,

Развитие электронно-вычислительной техники позволило автоматизировать трудоемкую обработку данных. Кустовая централизованная система "Атмосфера" для обработки данных, поступающих от системы зондирования А-22-"Малахит", позволила накопить первый опыт в этом направлении, а разработка комплекса ОКА-3 для централизованной обработки данных системы зондирования РКЗ - "Метеорит" позволила впервые внедрить автоматическую обработку в оперативную практику зондирования на целом ряде аэрологических станций.

     Развитие сети аэрологических измерений было бы невозможно без научных исследований в области процессов измерений, обработки и взаимодействия датчиков с окружающей средой. Исследования влияния солнечной радиации на датчик температуры (С.М. Шметер, П.Ф. Зайчиков, В.Д. Решетов) позволили разработать теоретические основы радиационных поправок, которые впервые стали вводиться в значения температуры с 1957 года, а исследования адсорбционно-деформационного датчика влажности дали возможность определить его погрешности и границы применимости.

     Разработка научно-методических основ измерения и обработки данных в системах зондирования атмосферы (О.В.Марфенко, П.Ф.Зайчиков) обеспечила единство измерений и однородность данных аэрологической сети.

     К началу 70-х годов была создана и внедрена на большинстве станций аэрологической сети система РКЗ-5- "Метеорит-2" как основная система зондирования атмосферы (Б.Г.Рождественский, Я.Х.Черноброд, Г.И.Голышев, В.И.Шляхов, Г.П.Трифонов, А.Ф.Кузенков), отличающаяся большой дальностью надежного приема сигналов радиозонда (до 250 км), большей точностью измерения ветра, как в приземном слое, так и на больших высотах. Ветровое зондирование в этой системе было обеспечено передатчиком-ответчиком А-28 и уголковыми отражателями. Важным достижением 70-х годов является система автоматической обработки данных радиозондирования с помощью комплекса ОКА-3 на целом ряде станций аэрологической сети. Этот период отмечен также автоматизацией сбора и накопления климатических данных, широким распространением зондирования атмосферы на научно-исследовательских судах, разработкой малогабаритного радиозонда на интегральных микросхемах, новых специальных радиозондов и датчиков измерения температуры и влажности.

     Задачи обеспечения безопасности полетов самолетов, дальнейшего увеличения экономичности и надежности системы зондирования потребовали разработки малогабаритного радиозонда. На основе проведенных разработок полупроводникового генератора СВЧ и низкочастотных узлов радиозонда на полупроводниках были созданы образцы малогабаритных радиозондов массой до 300г и проведены их испытания.

     Следующим крупным шагом в совершенствовании системы радиозондирования явилась разработка в период 1980-90гг. новой системы радиозондирования АВК-1-МРЗ (Ю.В.Нейман, Х.Н.Гайнанов, Г.И.Голышев, А.А.Черников, Г.П.Трифонов, И.Г.Потемкин, В.А.Юрманов). С помощью АВК-1 производится автономная автоматизированная обработка данных радиозондирования непосредственно на аэрологических станциях вплоть до выдачи стандартных аэрологических телеграмм с дальнейшей передачей подготовленных данных в центры сбора информации. Комплексы устанавливались на аэрологической сети с 1986 года и работают достаточно надежно, быстро осваиваются операторами аэрологами, облегчают их труд, сокращают время получения аэрологических телеграмм. В системе АВК-1-МРЗ используются малогабаритные радиозонды типа МРЗ, имеющие вес менее 500г.

     Российские системы радиозондирования АВК-МРЗ и "Метеорит"-МАРЗ участвовали в III фазе Международных сравнений радиозондов в 1989 году в Джамбуле (Казахстан) и показали хорошие результаты.

     В 1995 году в ЦАО совместно с Гидрометцентром была разработана и введена в эксплуатацию отечественная система мониторинга качества данных сети радиозондирования (А.П.Кац), позволяющая оперативно принимать меры по устранению недостатков на каждой станции.

     В настоящее время на аэрологическую сеть России начали поступать аэрологические радиолокаторы нового поколенья МАРЛ (Е.Н.Егоров, В.В.Чистюхин, А.А.Иванов, В.А.Сизов, А.В.Кочин, А.С.Азаров) с активной фазированной антенной решеткой, отличающиеся универсальностью (что позволяет работать с любым типом радиозонда, настроенного на международную частоту 1680 МГц), предельно упрощенной механической и развитой электронной частями. В основу марл положено использование персональной ЭВМ с программной реализацией большинства узлов радиолокатора, что делает его конструкцию гибкой, легко адаптирующейся к изменениям условий эксплуатации. Результаты зондирования могут быть направлены потребителям по любым каналам связи.

     Первый такой радиолокатор установлен на АЭ Ростов-на-Дону в 2001-м году. В ближайшие 10 лет планируется перевести на МАРЛ и всю аэрологическую сеть России. Одновременно локаторы АВК, работающие на сети, но уже выработавшие свой ресурс, планируется модернизировать с использованием составных узлов МАРЛ (аэрологический процессор, дальномерный канал и др.) с тем, чтобы они могли функционировать до момента замены. На сегодняшний день такая модернизация проведена на 19 АЭ России.

     Аэрологическая сеть России является неотъемлемой частью Глобальной мировой сети радиозондирования Всемирной службы погоды (ВСП) и проводит аэрологические наблюдения в соответствии с требованиями, сформулированными в нормативных документах Всемирной Метеорологической Организации (ВМО). Одной из целей ВМО, как сформулировано в Конвенции, является содействие стандартизации наблюдений. С этой целью ВМО периодически принимает Технический регламент, который предписывает странам - членам ВМО процедуры и порядок метеорологических измерений. Технический регламент дополняется рядом Наставлений и Руководств, описывающих более детально практику, процедуры и инструкции, которым рекомендуется следовать странам-участницам.

     Различные технические комиссии ВМО выработали требования к точности измерения аэрологических параметров, необходимой для получения достоверной информации о погодных (метеорологических) процессах. Поскольку абсолютную точность радиозондовых измерений установить крайне затруднительно, в соответствии с п.1.7.2 Руководства ВМО-N°8 необходимо, как минимум, обеспечить условия для того, чтобы данные, получаемые с использованием различных типов радиозондов и систем зондирования, были сопоставимы. Поэтому, по решению Комиссии по приборам и методам наблюдений (КПМН) ВМО, периодически проводятся Международные сравнения систем радиозондирования, использующихся в разных странах.

     Контроль качества данных мировой сети радиозондирования осуществляет Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды (ЕЦСПП) путем проведения автоматизированного мониторинга результатов радиозондовых измерений в различных регионах.

     О вполне удовлетворительном качестве данных, поступающих с сети радиозондирования России, свидетельствуют также официально представляемые Генеральным секретарем ВМО регулярные полугодовые отчеты ЕЦСПП, содержащие сводный перечень станций, передающих сомнительные данные наблюдений. Процент российских станций, попадающих в разряд "сомнительных" в отчетах ЕЦСПП, ниже, чем во многих других странах (Индия, Китай, Армения, Азербайджан и др.).

     Российская сеть радиозондирования насчитывает 150 аэрологических станций, 146 на территории РФ и 4 в Антарктиде. До периода перестройки, помимо наземных станций, в состав аэрологической сети страны также входили 19 судовых станций и от 1 до 2-х дрейфующих пунктов радиозондирования в составе ледовых станций "Северный полюс". Из-за высокой стоимости радиозондирования ряд станций в последние годы законсервирован (практически закрыт). В план зондирования на 2001 год были включены только 110 АЭ.

     Сеть Росгидромета представлена в списке Глобальной опорной климатической сети 12 аэрологическими станциями: 10 на территории РФ и 2 в Антарктиде.

     Методическое руководство сетью всегда было основным и ответственным направлением деятельности ЦАО. В рамках этого направления разрабатываются методические пособия по эксплуатации технических средств и обработке результатов зондирования, регулярно осуществляются методические инспекции для проверки и оказания помощи сотрудникам сети. Ежегодно проводятся курсы повышения квалификации аэрологов и инженеров по радиолокации, ведется контроль качества аэрологической информации.

Актинометрия

     При исследовании физики свободной атмосферы, кроме данных о состоянии полей температуры, влажности, давления и ветра, требуются также сведения о таких характеристиках атмосферы, как радиация, содержание озона, аэрозоля и углекислого газа, В 60-х годах был создан и позднее широко использовался на сети актинометрический радиозонд АРЗ-ЦАО. Наряду с измерениями стандартных параметров, он обеспечивал измерения потоков длинноволновой радиации до высоты 30-35 км.

     С 1963 по 1980 г. на территории СССР существовала сеть актинометрического радиозондирования, насчитывавшая до 15 пунктов. Актинометрическое радиозондирование выполнялось также на научно-исследовательских судах и в Антарктиде. Данные, полученные с помощью АРЗ, позволили изучить многие закономерности меридиональных и широтных изменений поля длинноволновой радиации в свободной атмосфере, его временную изменчивость, а также влияние различных климатических факторов на эффективное длинноволновое излучение системы Земля-атмосфера.

Метеорологическая радиолокация

     Инициатором и руководителем работ по применению радиолокации сантиметрового и миллиметрового диапазонов для наблюдения и изучения облаков и осадков был В.В.Костарев. Предложенный в 1946 году В.В.Костаревым метод радиолокационного обнаружения и прослеживания траекторий ливней и гроз был использован для сверхкраткосрочного прогноза опасных явлений, связанных с кучево-дождевой облачностью. В последующие годы радиолокационные данные о ливнях и грозах использовались в Москве для обеспечения авиационных парадов и других массовых мероприятий. Под руководством В.В.Костарева в начале 50-х годов была создана первая в нашей стране радиолокационная сеть штормооповещения (Л.И.Безнис, В.В.Костарев, С.П.Моргунов).

В дальнейшем были предложены и исследованы новые возможности применения радиолокационной техники для изучения структуры поля ветра и турбулентности в облаках и осадках, определения фазового состояния облаков, измерения интенсивности осадков. В 60-е и 70-е годы в ЦАО был выполнен цикл теоретических работ по разработке радиолокационных методов измерения осадков, атмосферной турбулентности, ветра (А.Г.Горелик, Ю.В.Мельничук, А.А.Черников, А.Б.Шупяцкий). Эти исследования позволили превратить метеорологический радиолокатор в средство измерения параметров облаков и осадков.

     В 60-е годы в ЦАО был проведен цикл экспериментальных исследований радиолокационных отражений от визуально ненаблюдаемых объектов в атмосфере, названных за рубежом "ангел"-эхо. Была установлена природа этих эхо и разработаны методы их идентификации (А.А.Черников). В большом числе случаев такие эхо связаны с диэлектрическими неоднородностями воздуха. Значительно позже за рубежом были созданы радиолокаторы для измерения скорости и направления ветра на высотах до 15-40 км по отражениям от "ясного неба".

     На экспериментальных радиолокационных установках сотрудники ЦАО совместно со специалистами других организаций оценили вероятность получения таких сигналов, разработали требования к техническим параметрам, создали эффективные алгоритмы выделения слабых сигналов в шумах ( А.А.Иванов, М.Б.Пинский).

     Многие эксперименты, проведенные в обсерватории, являются уникальными: бистатическая и монохроматическая радиолокация атмосферы (А.А.Иванов), исследования поляризационных характеристик облаков и осадков (А.Б.Шупяцкий), доплеровские эффекты при различных поляризациях (Ю.В.Мельничук, А.А.Черников), дистанционные измерения скоростей воздушных потоков в грозовых и искусственных облаках (А.А.Иванов, Ю.В.Мельничук, А.К.Моргоев).

     В 1964-1965гг. Центральной аэрологической обсерваторией был впервые в СССР организован широкомасштабный эксперимент по изучению возможностей радиолокационного метода измерения осадков на площади и оценке его точности. Была убедительно продемонстрирована перспективность применения радиолокации для количественного измерения осадков (Г.П.Берюлёв, Л.И.Безнис, А.М.Боровиков, В.В.Костарев, И.П.Мазин, И.Г.Потёмкин, В.И.Смирнов, А.А.Черников). В этот же период были разработаны и испытаны двухволновые методы измерения водности облаков и интенсивности осадков (Г.П.Берюлев, В.В.Костарев, А.А.Черников). В 1970-1973гг. процесс сбора радиолокационных данных об осадках был автоматизирован: был создан комплекс на базе метеорологического радиолокатора МРЛ-2 и аппаратуры регистрации данных на магнитном носителе (Г.П.Берюлёв, В.А.Евпряков, В.В.Костарев, Ю.В.Мельничук, А.А.Черников).

     Дальнейшая обработка информации проводилась на ЭВМ "Минск-32". На основе этих разработок в лаборатории радиолокации ЦАО совместно с предприятиями Минрадиопрома были созданы первые опытные образцы аппаратуры "Осадки", осуществляющей подготовку информации для ввода в ЭВМ, аппаратуры УИТ (устройства индикации турбулентности) и поляриметра. С помощью малых ЭВМ были созданы автоматизированные осадкомерные комплексы с прямым вводом данных радиолокационного зондирования в ЭВМ (Г.П.Берюлёв, В.А.Евпряков, Ю.В.Мельничук, Г.Ф.Пономарёва, А.А.Черников). В период подготовки к Олимпиаде-80 вокруг Москвы была создана первая сеть таких комплексов: центральный пункт в ЦАО и два периферийных в Калуге и Рязани (Г.П.Берюлёв, В.Н.Губарчук, Б.П.Колосков, В.В.Кравец, Ю.В.Мельничук, И.Г.Потёмкин, А.А.Черников). Данные этой сети использовались Гидрометцентром для метеообеспечения Олимпиады-80 и получили высокую оценку.

     В 1979-1981гг. ЦАО приняла участие в подготовке и проведении международного Проекта увеличения осадков в Испании (ПУО). Для участия в ПУО был подготовлен радиолокационный комплекс на базе МРЛ-5, дополненный устройством индикации турбулентности, при этом впервые осуществлено сопряжение МРЛ-5 с ЭВМ (С.Г.Беликов, Г.П.Берюлев, В.В.Ермаков, Б.П.Колосков, Ю.В.Мельничук).

     В 1981-1985 гг. разработан и успешно испытан единый автоматизированный комплекс для радиолокационных наблюдений: совместно с предприятием Минрадиопрома разработана унифицированная аппаратура сопряжения метеорологических радиолокаторов МРЛ-5 с ЭВМ. На ее базе создан автоматизированный комплекс сбора, обработки и представления радиолокационной информации (АКСОПРИ), освоено его серийное производство. Программное обеспечение АКСОПРИ решает широкий круг задач радиолокационной метеорологии: измерение осадков, штормооповещение, контроль активных воздействий и др. (В.Н.Губарчук, Ю.В.Мельничук, Ю.И.Руденко и др.).

     В 1986г. за разработку и внедрение в гидрометеорологическое обеспечение народного хозяйства методов и технических средств радиометеорологических наблюдений за облаками, осадками и опасными явлениями погоды сотрудникам Госкомгидромета и Минрадиопрома присуждена Государственная премия СССР (А.А.Черников и др.).

     Метеорологические радиолокаторы были установлены и на самолетах-метеолабораториях. Все самолеты семейства "Циклон" были оснащены бортовыми метеорологическими радиолокаторами, а на самолете Ил-18 был установлен экспериментальный доплеровский метеорологический радиолокатор вертикального зондирования. Такая работа была проведена у нас в стране впервые, а бортовой доплеровский радиолокатор для измерения вертикальных скоростей воздушных потоков имеет мировой приоритет (В.М.Востренков, В.В.Ермаков, В.А.Капитанов, Ю.В.Мельничук, А.А.Черников).

     Оснащение самолетов радиолокационными средствами дистанционного зондирования облаков и осадков значительно обогатило научные исследования и, что особенно важно, повысило эффективность искусственных воздействий. Именно радиолокация позволяет сейчас определять стратегию воздействий: дистанционно оценивать пригодность облаков к воздействиям, находить в облаках зоны для засева, рассчитывать время воздействия и, наконец, оценивать его результаты.

В настоящее время благодаря инициативе сотрудников ЦАО создана и функционирует автоматизированная сеть метеорологических радиолокационных комплексов АКСОПРИ (Москва, Калуга, Тверь), обеспечивая информацией об облаках и осадках и связанных с ними опасных явлениях Московское правительство, Московское метеобюро, Гидрометцентр России. На основе применения современной техники разрабатываются методы сверхкраткосрочного прогноза опасных явлений, создаются новые методы и технические средства для определения параметров ветра в облачной и безоблачной атмосфере.

Исследования облаков и работы в области динамики атмосферы

     Исследования облаков были начаты в ЦАО с момента ее создания и продолжались на протяжении всей истории Обсерватории. Научный фундамент многолетних исследований был заложен создателями наиболее авторитетной в нашей стране школы физики облаков - А.Х.Хргианом, А.М.Боровиковым и Е.Г.Зак.

     Облака являются продуктом взаимодействия атмосферных физических процессов микро-, мезо- и макромасштабов. Исследования ученых ЦАО касались всех перечисленных аспектов физики облаков. Большое внимание уделялось вопросам разработки аппаратуры и методов исследования микро- и мезофизики облаков, а также сбору, анализу и обобщению накопленных эмпирических данных. Начиная с пятидесятых годов большое внимание стало уделяться также теоретическим исследованиям, особенно - численному моделированию процессов облако- и осадкообразования. Предметом изучения были как индивидуальные облака, так и их поля.

     Экспериментальные исследования облаков были начаты сразу же после создания ЦАО. Для этих целей использовались как самолеты - зондировщики, так и свободные аэростаты. Первые позволяли изучать физические и морфологические характеристики облаков - их форму, высоту, толщины облачных слоев. С помощью аэростатов исследовалась временная изменчивость физических характеристик внутри фиксированного объема облака. В первое послевоенное десятилетие было выполнено несколько десятков "облачных" полетов на аэростатах в нижней и средней частях тропосферы (А.М.Боровиков, Ю.А.Гильгнер, А.А.Рещикова, В.Д.Решетов и др.). В некоторых случаях субстратостатам ЦАО удавалось подниматься даже до 10-10,5км, т.е. до высот околостратосферных перистых облаков.

     ЦАО была единственной научной организацией в мире, применявшей свободные аэростаты для исследований облаков. Научное оборудование аэростатов включало в себя, наряду со стандартными метеоприборами (психрометр, барометр, метеорограф), также импакторный заборник проб облачных элементов, микрофотоустановку для фотографирования облачных проб, а, начиная с начала 50-х годов, также прибор для измерения вертикальных и горизонтальных пульсаций скорости ветра. В некоторых полетах приближенно оценивались водность облаков по дальности видимости внутри облака, опускаемого под корзину аэростата, черного диска (А.М.Боровиков, Ю.А.Гильгнер и др.), а также интенсивность солнечных радиационных потоков (С.С.Гайгеров).

     После Великой Отечественной войны, по инициативе ЦАО, была создана сеть регулярного самолетного зондирования атмосферы, насчитывавшая около 30 пунктов, размещенных в разных районах СССР. Использовались самолеты ЛИ-2, а позднее и высотный реактивный самолет Ил-28. Кроме того, ЦАО имело самолеты ПО-2 и ПО-2с, базировавшиеся на аэродроме в г.Долгопрудном и использовавшиеся для эпизодических исследований на малых высотах.

     В ЦАО был разработан комплекс научной аппаратуры, в том числе первый электрометеорограф (Г.Н.Шур, С.М.Шметер), импакторные заборники облачных капель (А.М.Боровиков, В.В.Манцевич, Ю.А.Гильгнер, 1950г.) и кристаллов (А.М.Боровиков, В.Е.Минервин, С.М.Шметер, 1952г.), измеритель водности (В.Е.Минервин ), устройство для сбора облачной воды с целью ее последующего химического анализа (С.М.Шметер, В.С.Хахалин, 1949г.). Большой цикл самолетных исследований мезоструктуры фронтальных (особенно - конвективных и перистых) облаков был выполнен в 1959-1965г. на самолете-лаборатории (СМЛ) ТУ - 104Б (С.М.Шметер), предоставленном ГосНИИГА. На этом самолете впервые в СССР были установлены и использованы доплеровская система ("Трасса") для измерения ветра, комплекс аналоговой пульсационной аппаратуры. Также впервые была использована магнитная регистрация результатов измерений (Г.Н.), с помощью которой удалось осуществить спектральную обработку данных о пульсациях метеоэлементов в широком диапазоне масштабов. Кроме того на СМЛ ТУ-104Б имелась усовершенствованная аппаратура для измерения основных термодинамических параметров атмосферы (Л.А.Пахомов, Г.Н.Шур) и ряд других приборов. В 1964 г. ЦАО создала многопрофильную летающую метеолабораторию на базе самолета ИЛ-18. С ее помощью, в частности, были выполнены исследования в 1972 и в 1974 гг. в Атлантике по Международным программам ТРОПЭКС-72 и ТРОПЭКС-74 (А.М. Боровиков, Ю.В. Мельничук, Г.Н. Шур, И.П. Мазин, А.Н. Невзоров и др.).

     В 1974г. в ЦАО был образовано новое подразделение - Летный научно-исследовательский центр (ЛНИЦ), состоявший из группы многоцелевых СМЛ ИЛ-18Д, АН-12 и ТУ-16, получившей обобщенное условное наименование "Циклон" (Н.К.Винниченко и др.). Эти самолеты широко использовались для работ по физике облаков и для активных воздействий с целью модификации осадков. Высокая эффективность использования СМЛ "Циклон" стала следствием их оборудования уникальным набором измерительной аппаратуры, предназначенным для изучения разномасштабной структуры облаков и осадков. К наиболее ценной для изучения облаков аппаратуре, установленной на большинстве СМЛ "Циклон", следует отнести разработанные А.Н.Невзоровым в конце 60-х - начале 70-х гг. приборы: самолетный измеритель сверхкрупных, с радиусом r > 80-100 мкм частиц (ИРЧ), регистратор прозрачности облаков (РП), несколько модификаций измерителей полной и жидкокапельной водности (ИВО). Разработанный позднее А.Н.Невзоровым определитель фазового строения облаков (АФСО) использовался для исследований над территорией СССР и на о.Куба. Микрофизическая аппаратура, разработанная А.Н.Невзоровым в ЦАО, в дальнейшем использовалась в практике работы НИУ Гидрометслужбы (Укр НИИ, САНИИ и др.), а позднее и в исследованиях зарубежных стран (Канада, Сирия, Куба, Иран и др.). Приборы серии ИВО и РП конструкции А.Н.Невзорова признаны в настоящее время одними из наиболее совершенных.

     На СМЛ ИЛ-18 имелись также приборы для измерения параметров турбулентности (В.К.Дмитриев, М.А.Струнин), температуры, влажности и других атмосферных параметров.

     Накопленные ЦАО результаты измерений впервые позволили получить уникальные широко используемые и у нас в стране, и за рубежом данные о микро- и мезоструктуре, а также фазовом строении облаков в различных регионах СССР в разные сезоны (Е.Г. Зак, А.М. Боровиков, И.П. Мазин, А.Н. Невзоров, В.Е Минервин). Были получены уникальные по объему и надежности сведения о вертикальном распределении размеров и концентрации облачных элементов, их фазовом состоянии, водности, зависимости микрофизических параметров облаков различных типов от высоты, сезона, макросиноптических условий (А.Х. Хргиан, А.М. Боровиков, Е.Г. Зак, И.П. Мазин, В.Е. Минервин, А.Н. Невзоров, В.Ф. Шугаев и др.).

     В конце сороковых и в начале пятидесятых годов на основе анализа массового материала измерений А.М. Боровиковым была разработана первая детальная классификация типов облачных кристаллов. И.П. Мазиным и А.Х. Хргианом была предложена ныне общепринятая эмпирическая формула, описывающая форму большинства спектров распределения капель по размерам (закон Хргиана-Мазина, 1952г.). Позднее было показано, что в 10-15% слоистообразных капельных облаков спектры размеров капель являются бимодальными (А.В.Королев, И.П.Мазин и др., 1986г.), и были определены механизмы формирования таких спектров.

     С конца 50-х годов В.Е.Минервиным, А.Н.Невзоровым, С.Н.Бурковской, В.Ф.Шугаевым и др. было начато изучение водности облаков и микрофизических особенностей смешанных (капли + кристаллы) облачных структур. Впервые были получены детальные сведения об особенностях микро-, мезо- и макрофизики перистых облаков (Е.Г.Зак, И.П.Мазин, А.Л.Косарев, А.Н Невзоров, 1948-1987гг.).

     Установлено, что в слоистообразных облаках обычно чередуются мезомасштабные участки, внутри которых концентрация капель и водность в 2 и более раз превышает ее средние значения в их облачном слое как целом (А.В.Королев, И.П.Мазин, 1987г.).

     В результате исследований, выполненных С.М.Шметером (1949-1951гг.) был изучен химизм элементов облаков с помощью анализа проб, собранных непосредственно внутри слоистообразных полей облачности. Было определено содержание хлорида натрия (NaCl) в облачных каплях различных размеров и, что особенно важно, получено единственное в тот период экспериментальное доказательство того, что преимущественный вклад конденсационного роста капель сменяется на коагуляционный, начиная с радиуса капель r = 15-20 мкм.

     На основании результатов массовых самолетных измерений в сочетании с материалами синоптического анализа в ЦАО были получены статистически надежные данные о термодинамических макромасштабных характеристиках и фазовой структуре основных типов внутримассовых и фронтальных слоистообразных облаков всех ярусов (Е.Г.Зак, 1950-1956гг.), структуре и пульсациях высоты их границ (Е.Г.Зак, О.В.Марфенко, В.Е.Минервин, 1952-1966гг.), а также физических факторов, от которых они зависят.

     Уникальные данные о мезоструктуре поля влажности, как и о пульсациях последней, в зонах различных типов фронтальных облаков были получены М.Ю.Мезриным и В.Е.Минервиным с помощью, разработанных М.Ю.Мезриным самолетного УФ-гигрометра (1978-1980гг.), а позднее - конденсационного гигрометра оригинальной конструкции (1985-1986гг), позволяющего проводить ранее недоступные высокоточные измерения влажности вплоть до температур -70…-800С.

     Наиболее полные в международной практике исследования условий образования, эволюции кучево-дождевых (в том числе - грозо-градовых) облаков и их взаимодействия с окружающей атмосферой были в 1959-1966гг. выполнены С.М.Шметером с помощью специально оборудованного ЦАО совместно с ГГО и ГосНИИ ГА СМЛ ТУ-104Б. Ранее, чем за рубежом, было обнаружено явление обтекания вершины Cb внешним потоком, а также количественный вклад подобных облаков в обогащение водяным паром стратосферы умеренных широт (С.М.Шметер, 1962-1966гг.). Позднее такие оценки были подтверждены рядом зарубежных, в основном американских ученых.

     Используя данные полетов СМЛ вблизи тропопаузы, был выполнен большой цикл исследований искусственных облачных следов, образующихся за самолетами преимущественно при полетах в верхней половине тропосферы (И.П.Мазин). Совершенно новые и во многом пионерские сведения о строении перистых облаков в верхней тропосфере и слое тропопаузы экваториально-тропической зоны были накоплены во время полетов на высотном СМЛ М-55 в районе Сейшельских островов (М.А.Мезрин, С.М.Шметер и др., 1999г.). В частности, были получены ранее отсутствовавшие данные о надтропосферных слоях перистой облачности и "сухих" аэрозольных скоплений.

     Большой цикл исследований тропических конвективных облаков был выполнен на СМЛ ЦАО в Атлантике в ходе экспедиций по Программам ТРОПЭКС-72 и ТРОПЭКС-74 (А.М.Боровиков, И.П.Мазин, А.Н. Невзоров), а также, параллельно с работами по АВ, в 80-90-е годы над о.Куба (Г.П.Берюлев, В.В.Петров, В.П.Беляев, Ю.А.Серегин, Б.П.Колосков, Б.Н.Зимин и др.). Наиболее ценные данные получены о групповой (кластерной) структуре полей Cu med-Cu cong в тропиках. Обширные сведения о мезоструктуре полей Cu (в том числе - кластеров) были ранее накоплены и над районами Украины ( С.М.Шметер, И.П.Мазин, 1973-1977гг.).

     Начиная с начала 80-х годов, особое внимание было направлено на изучение мезоструктуры облачности полей осадков из фронтальных облаков умеренных широт (А.А.Постнов, Н.А.Безрукова, Е.А.Стулов, С.М.Шметер). Для ее изучения использовались результаты измерений с помощью СМЛ, а также созданных в середине 80-х гг. в ЦАО (В.В.Костарев, Ю.В.Мельничук, А.А.Черников) РЛС (АКСОПРИ), сетевых измерений осадков (Н.А.Безрукова, Е.А.Стулов и др.). Особое внимание было уделено связи полосовых и очаговых облачных образований с особенностями квазиупорядоченных (в том числе волновых) и турбулентных вертикальных движений. Учитывая важную роль турбулентности в формировании микро- и мезоструктуры облаков, был выполнен ряд экспериментальных работ по исследованию параметров турбулентной диффузии и факторов, ее определяющих на разных высотах и в облаках различных типов (С.М.Шметер, В.И.Силаева, М.А.Струнин, Г.Н.Шур, И.П.Мазин и др., 1959-1984гг.). По полноте и детальности исследований полученные ЦАО данные о турбулентности в облаках в мировой научной практике аналогов не имеют. Ряд работ был посвящен изучению фундаментального процесса вовлечения окружающего воздуха в конвективные облака (С.М.Шметер, 1977г.).

     Лабораторные исследования облачных процессов были начаты работами Е.Г.Зак и А.Д.Малкиной в 1952г. по изучению зависимости форм кристалликов льда от температуры и влажности воздуха в камере туманов. В 70-х годах тонкие лабораторные опыты А.И.Неизвестного позволили уточнить ранее использовавшиеся значения коэффициента конденсации воды, что позволило объяснить некоторые особенности формирования спектров размеров облачных капель. Были также уточнены значения коэффициентов захвата капель в широком диапазоне чисел Рейнольдса, что позволило повысить надежность теоретических расчетов коагуляционного роста капель в облаках (А.И.Неизвестный, А.Г.Кобзуненко, 1989г.).

     Начиная с конца 50-х годов в ЦАО был выполнен обширный цикл теоретических исследований процессов формирования облачных частиц и спектров их размеров. Проведены исследования относительного вклада процессов конденсации и коагуляции в рост облачных капель, в том числе оценка эффективности различных механизмов коагуляции (И.П.Мазин, А.И.Ивановский, В.И.Смирнов, 1952-1969гг.). Показано, что существует характерное время фазовой релаксации, которое сильно сказывается на вкладе пульсационных процессов в рост облачных частиц (И.П.Мазин, 1964г.). С помощью анализа кинетических уравнений В.И.Смирновым и Б.Н.Сергеевым (1969г.) изучен ряд особенностей поведения коллектива капель и формирования спектра их размеров при наличии коагуляции, в частности - стационарной. Получены данные о распределении капель по возрастам в слоистообразных облаках (А.С.Кабанов, И.П.Мазин, В.И.Смирнов, 1969г). Проведены пионерские по своему характеру исследования влияния вертикальных мезомасштабных движений на фазовое строение конвективных облаков на различных высотах (И.П.Мазин, 1986г.). Выполнены исследования вкладов различных механизмов перехода от ядер конденсации к облачным каплям (А.И.Смирнов, Б.Н.Сергеев).

     Численное моделирование облаков началось в ЦАО в 1961г., когда Р.С.Пастушковым была построена, ранее отсутствовавшая в мировой практике, двумерная численная модель конвективного облака в среде со сдвигом ветра (1972г.). С ее помощью впервые удалось изучить практически важнейший вопрос об относительном вкладе градиентов температуры и ветра в развитие и параметры Cu-Cb. Позднее Р.С.Пастушковым было численно исследовано влияние температурных неоднородностей подстилающей поверхности на мезоструктуру полей Cu (1976 г.). Е.Л.Коган (1978-1979гг.) разработал модель капельного Cu, в которой, впервые в отечественной практике, детально учитывалась микроструктура облака. Некоторые детали микрофизических особенностей облаков учитывались в более простых моделях Б.Н.Сергеева (1977-1980гг). Работы И.П.Мазина, Б.Н.Сергеева, В.И.Смирнова и др. в период 1980-1987гг. позволили перейти к ранее недоступным способам оптимальной параметризации начальной стадии формирования микроструктуры облачности.

     Был разработан большой цикл численных моделей полей конвективных (Р.С.Пастушков) и слоистообразных (в том числе - фронтальных) облаков (Б.Н.Сергеев, В.И.Хворостьянов, Б.Я.Куценко и их ученики (1983-1990гг.). Важной особенностью большинства этих моделей был учет при их построении микрофизики, а также процессов осадкообразования (Б.Н.Сергеев, В.И.Хворостьянов и др.). Эти модели, в частности, позволили приближенно оценить возможную эффективность АВ на облака. Наряду с моделированием облачных систем, начиная с 1976г., проводилось и моделирование процессов образования и эволюции туманов (В.И.Хворостьянов, Б.Н.Сергеев).

     Следует подчеркнуть, что на исследования по физике облаков, ведущиеся в нашей стране и за рубежом, большое влияние оказал ряд монографий и справочных пособий, опубликованных в 1961-1991 гг. сотрудниками ЦАО А.Х.Хргианом, И.П.Мазиным, С.М.Шметером и др.

     Работы ЦАО в области динамики атмосферы в значительной мере были связаны с решением прикладных задач для нужд авиации. Под руководством проф. Н.З.Пинуса, С.М.Шметера и их учеников в 1945-2000гг. был выполнен большой цикл научно-прикладных исследований по авиационной метеорологии. Большая их часть касалась изучения влияния на полеты неоднородностей в полях ветра (в облаках и в ясном небе), исследованию таких явлений, как обледенение воздушных судов, факторов, определяющих видимость на различных высотах. Большое внимание уделялось также возмущениям, возникающим в атмосфере под влиянием орографических, термических и других неоднородностей подстилающей поверхности.

     В кооперации с учеными ГМЦ, ГосНИИГА, ГГО и других НИО в ЦАО удалось накопить уникальные по объему и качеству массивы экспериментальных данных, относящихся не только к тропосфере, но и к нижней стратосфере. В частности были выполнены пионерские исследования структуры тропосферных струйных течений (1959-1965гг.) Такие возможности появились благодаря созданию в ЦАО оригинальной самолетной и радиолокационной измерительной аппаратуры (Г.Н.Шур, В.С Хахалин, Ю.В. Мельничук, М.А. Струнин, Н.К. Винниченко, М.Ю. Мезрин и др.).

     Временная и, особенно, пространственная изменчивость ветра и пульсаций его скорости и направления, с одной стороны, изучались с помощью постановки в различных географических районах учащенных радиозондовых и радиолокационных наблюдений, а с другой- специально организуемыми летными исследованиями мезо- и микроструктуры поля ветра и вертикальных движений воздуха на специально оборудованных самолетах-метеолабораториях (СМЛ), а также полетов на аэростатах (Н.З.Пинус, Г.Н.Шур). Самолетные исследования позволили детально изучить особенности микро- и мезоструктуры ветра и, в первую очередь, пульсационных характеристик последнего в различных барических образованиях, в разных частях струйных течений, зонах дивергенции воздушных потоков, над районами со сложной орографией над зонами городской застройки (Н.З. Пинус, Г.Н. Шур, С.М. Шметер).

     Начиная с конца 50-х гг. при статистической обработке результатов самолетных измерений скоростей пульсаций ветра в зонах болтанки впервые широко использовался спектральный подход (Г.Н.Шур). Это позволило получить ранее отсутствовавшие данные об энергетике турбулентных образований и , в частности, изучить ранее не исследованные когерентные пульсации ветра (Н.З.Пинус, Г.Н.Шур).

     Благодаря результатам самолетных исследований структуры зон болтанки, выполненных в ЦАО, впоследствии стала возможной разработка основ гидродинамического метода диагноза и прогноза турбулентности ясного неба (ТЯН) (С.М.Шметер, Н.П.Шакина, Т.В.Лешкевич и др.), а также предложена оригинальная эмпирическая модель турбулентности ясного неба (Н.З.Пинус).

     Пионерские исследования структуры поля ветра и турбулентных пульсаций потока в зоне мощной конвективной облачности были в 1959-1965 гг. выполнены на СМЛ ТУ-104Б под руководством С.М.Шметера. Определены размеры и ориентация зон болтанки как вблизи Cb-Cu cong, так и внутри них, а также особенности энергетики пульсаций в различных секторах Cb и рядом с этими облаками. Эти материалы позволили серьезно уточнить данные о расположении опасных для полетов турбулентных зон около различных частей Cu cong-Cb и тем самым уточнить рекомендации к проведению полетов в околооблачном пространстве в условиях развития мощной атмосферной конвекции.

     В последующие годы Н.З.Пинусом и С.М.Шметером и, особенно, Г.Н.Шуром выполнен большой цикл работ, посвященных относительно крупномасштабным квазиупорядоченным (т.н. когерентным) пульсациям ветра, попадание внутрь которых особо опасно для самолетов и дирижаблей.

     В 1990 г. ЦАО с помощью высотного СМЛ М-55 были выполнены пионерские исследования условий полета и, в частности, турбулентности в экваториальной зоне, а также в Арктике и Антарктике на высотах до 22-23 км (Г.Н.Шур, С.М.Шметер, Н.К.Винниченко и др.).

     Применение, начиная с конца 50-х годов средств радиолокации (В.В.Костарев, Ю.В.Мельничук, А.А.Черников и др.), в том числе допплеровской, существенно увеличило объем данных о пространственной структуре турбулентности в облаках и осадках и, в частности, позволили уточнить связь между пульсациями различных компонентов вектора ветра и ее зависимость от крупномасштабных сдвигов ветра.

     Одним из традиционных направлений работ ЦАО по исследованию взаимодействия подстилающей поверхности со свободной атмосферой являлись работы по экспериментальному изучению различных аспектов горной метеорологии (А.Х.Хргиан, А.М.Боровиков, С.М.Шметер, Н.З.Пинус). Самолетные исследования, выполненные Н.З. Пинусом и С.М.Шметером над Кавказом (пятидесятые - шестидесятые годы) впервые позволили оценить переход квазиупорядоченных структур типа горных волн и подветренных роторов на турбулентность в нижней тропосфере. Исследования В.А. Пацаевой, В.Д. Решетова и Н.З. Пинуса с использованием свободных уравновешенных шаров-зондов и автоматических аэростатов ЦАО позволили в конце 50-х и в 60-х годах получить ранее отсутствовавшие данные о параметрах горных волн в Средней Азии.

     Большой вклад внесли ученые Обсерватории А.Х.Хргиан, И.П.Мазин, В.Е.Минервин (1957г.) в разработку физико-метеорологических основ процесса обледенения самолетов, включающих как методы расчета интенсивности обледенения различных частей самолета, а в 1997-1998гг. - дирижаблей, так и исследование условий, определяющих обледенение в облаках различных форм (А.М.Боровиков, И.П.Мазин, В.Е.Минервин, 1957 г.). Цикл экспериментальных и теоретических исследований конденсационных следов за самолетами (А.Х.Хргиан, И.П.Мазин) позволил не только уточнить физику процессов, приводящих к их образованию, но и дал надежный способ предсказания возможности их появления при различных метеоусловиях.

     В ходе исследований метеорологических особенностей условий взлета и посадки самолетов потребовалось серьезное уточнение данных о высотах низких облаков и факторах, их определяющих, а также о видимости в облаках и осадках над ВПП (В.Е. Минервин 1958-1982гг.).

     В связи с важностью оценки влияния мезохарактеристик подстилающей поверхности на полеты начиная с 80-х гг. под руководством С.М.Шметера был выполнен ряд исследований изменений условий полетов в зонах городской застройки, у берегов водоемов, вблизи линий шквалов, в окрестностях областей развития мощной конвекции (в первую очередь - облачной). Предложены практические рекомендации, направленные на повышение безопасности полетов над участками с повышенной мезомасштабной неоднородностью подстилающей поверхности (С.М.Шметер, А.А.Постнов, Н.А.Безрукова).

     В практику работ Гидрометслужбы и Гражданской авиации внедрено несколько Наставлений и методических указаний по проведению самолетного метеорологического зондирования, прогнозу обледенения, методикам полетов внутри низких слоистообразных облаков, вблизи мощной конвективной облачности и т.д. (1958-1988 гг.).

Исследования по искусственным воздействиям на облака и туманы

     Работы по активным воздействиям были начаты в ЦАО в 1948 г. по инициативе И.И. Гайворонского. В 1954 г. была создана Лаборатория активных воздействий, которая выросла затем в отдел, в течение 22 лет возглавлявшийся И.И. Гайворонским. Первой задачей, решенной в рамках нового направления, явилась разработка метода рассеяния переохлажденных облаков и туманов. Уже к 1951 г., значительно опережая зарубежных исследователей, группа активных воздействий тропосферного отдела ЦАО (И.И. Гайворонский, Ю.А. Серегин, В.К. Бабарыкин) выполнила большой цикл натурных экспериментов и создала самолетную методику искусственного рассеяния переохлажденных облаков и туманов для нужд авиации.

     В 1952-1954 гг. были проведены широкие натурные испытания разработанной методики в различных физико-географических районах страны. В 1956 г. Ю.А. Серегиным впервые была показана возможность рассеяния туманов с использованием для засева наземных генераторов аэрозолей йодистого серебра. В 1963 г. в Алма-Ате были проведены опыты регулярного рассеяния переохлажденных облаков и туманов. В последующие годы опытные работы по искусственному рассеянию низких облаков и туманов под методическим руководством ЦАО проводились в ряде аэропортов СССР. Только в 5 аэропортах: Внуково, Алма-Ата, Минск, Иркутск, Киев - в течение одного сезона благодаря искусственному рассеянию туманов обеспечивалось более 2000 взлетов и посадок.

     Совместно с ИПГ были проведены эксперименты по рассеянию облаков на площади до 104 кв. километров. В эти первые годы были созданы наземные углекислотные распылительные установки ЖКУ-1 и ЖКУ-2, способные работать на жидкой и твердой углекислоте (Ю.А. Серегин). Для самолетных воздействий была разработана первая автоматическая дозирующая установка АДГ-1, позволявшая проводить дозированный сброс в облако углекислоты.

     Накопление экспериментального опыта сопровождалось разработкой теории действия хладореагентов (А.Д. Соловьев, Л.И. Красновская). В 60-х годах Л.И. Красновской было дано теоретическое описание механизма гомогенной кристаллизации переохлажденной облачной среды при действии твердой углекислоты и процесса образования зон искусственной кристаллизации в слоистых облаках.

     В 80-е годы работы в области искусственного рассеяния низких переохлажденных облаков и туманов были сосредоточены на создании автоматизированных самолетных и наземных средств воздействия на основе хладореагентов различных типов (углекислота, пропан, жидкий азот) и на разработке методики их практического применения. Для научного обоснования технических характеристик наземных средств воздействия были проведены лабораторные исследования, направленные на изыскание эффективных способов введения в туман хладореагентов и определение их максимальной эффективности (Л.И. Красновская, А.Н. Хижняк). Несмотря на высокую эффективность, достигнутую при лабораторных исследованиях жидкого пропана и при испытании экспериментальных образцов автоматизированной системы пропановых установок, в дальнейшем при эксплуатации системы таких установок был выявлен ряд технических трудностей, послуживших причиной отказа от широкого внедрения этой системы. За рубежом (США, Франция) эти трудности, по-видимому, отсутствовали и аналогичные системы применяются на аэродромах до настоящего времени. В эти же годы для обеспечения самолетных работ совместно с Производственным объединением "ЗИЛ" был разработан экспериментальный образец отечественного гранулятора для получения калиброванных по размеру твердых гранул из жидкой углекислоты. Совместно с предприятиями МАП разработан и установлен на самолет АН-26 самолетный дозатор СДУ, позволяющий дозировать сброс гранулированной СО2.

     В 1983 г. М.П. Власюк, Ю.А. Серегин, А.В. Серогодский и А.А. Черников предложили использовать для генерации ледяных кристаллов жидкий азот, экологически безопасный и легко доступный хладореагент. Дальнейшее развитие методов рассеяния переохлажденных туманов проводилось в направлении исследований и создания генераторов на жидком азоте. А.В. Серогодским были предложены и под руководством М.П. Власюка реализованы разработки нескольких типов наземных и самолетных азотных генераторов мелкодисперсных ледяных частиц. Совместно с конструкторским отделом ЦАО в 1988г. был создан опытный образец генератора и в ЭПМ ЦАО освоено их серийное производство. Выполненные в Кишиневе и Миненальных Водах эксперименты по рассеянию туманов позволили в 1988-92 гг. осуществить успешную опытную эксплуатацию этой системы в Алма-Ате и аэропорту Шереметьево (М.П. Власюк). Благодаря операциям по рассеянию тумана в двух аэропортах было обеспечено свыше 2500 взлетов и посадок самолетов.

     В 1997-2001 гг. азотная технология ЦАО успешно использовалась в работах ЦАО по рассеянию туманов в аэропортах (Л.И. Красновская, Б.Н. Сергеев, А.А. Черников) и на автотрассах (М.П. Власюк, Б.П. Колосков) Северной Италии.

     Одновременно с экспериментальными исследованиями в 80-х годах был выполнен большой цикл теоретических работ с использованием методов численного моделирования. В.И. Хворостьяновым с сотрудниками был разработан комплекс двумерных и трехмерных численных моделей эволюции зон искусственной кристаллизации и просвета. Впоследствии они были обобщены для моделирования искусственного регулирования осадков из фронтальных, конвективных и орографических облаков (В.И. Хворостьянов, Г.Р. Тороян, А.П. Хаин). А.Ф. Кузенковым было исследовано влияние гравитационных волн на мезоструктуру тумана и процесс образования просвета при его искусственной кристаллизации.

     В 50-60 годы А.Д. Соловьевым с сотрудниками были выполнены первые в стране фундаментальные исследования возможных методов рассеяния теплых туманов (имеющих температуру выше 0° С). В созданной лабораторной облачной камере было изучено действие на туман различных классов химических веществ (гигроскопических, поверхностно-активных, смачиваемых, пенообразующих и т.д.) и дана оценка степени перспективности выдвигавшихся в этот период многочисленных предложений (А.Д. Соловьев, Л.П. Зацепина). Впервые была создана физически обоснованная классификация методов рассеяния и предложены универсальные критерии их эффективности, основанные на энергетических затратах на очищение от тумана единичного объема атмосферы (А.Д. Соловьев). Полученные результаты определили основные направления изысканий последующих лет. В последние годы в ЦАО исследованы возможности электрического осаждения капель (А.А. Черников, М.Н. Хайкин) и применения технических средств одновременного нагрева и осушения воздуха для рассеяния теплого тумана (А.А. Черников).

     Одним из основных направлений с начала работ в ЦАО по активным воздействиям являлись исследования искусственных льдообразующих аэрозолей, как наиболее универсального средства воздействия на облака. Они были начаты в конце 40-х годов изучением действия на переохлажденные облака и туманы аэрозолей йодистого серебра (И.И. Гайворонский, Ю.А. Серегин). В опытах по рассеянию переохлажденных туманов в аэропортах Алма-Аты и Минеральных Вод был оценен температурный порог действия аэрозоля, получаемого сжиганием ацетонового раствора AgI-NH4I и определены дозировки реагента, необходимые для эффективного рассеяния тумана. Уже в этот период делались попытки исследовать химический состав и дисперсность аэрозолей при диспергировании льдообразующих веществ (А.Д. Малкина).

     В 1958-1960 гг. в ЦАО создается облачная камера для количественных исследований льдообразующих аэрозолей и разрабатывается методика определения выхода льдообразующих частиц на единицу массы реагента (М.Я. Аксенов, Н.О. Плауде). Методика стала общепринятой во всех институтах бывшего СССР, занимавшихся исследованиями льдообразующих реагентов. Одновременно развивается методика электронно-микроскопического исследования дисперсности льдообразующих аэрозолей (М.Я. Аксенов).

     Важным практическим достижением в области исследований льдообразующих аэрозолей явилось создание эффективных реагентов для воздействия на градовые облака. Для диспергирования льдообразующих веществ в противоградовых ракетах ЦАО совместно с НИИПХ и Институтом геофизики АН Грузинской ССР был предложен метод возгонки веществ в пиротехнических смесях, нашедший впоследствии широкое применение также в наземных и самолетных средствах воздействия.

     В качестве недефицитного льдообразующего соединения вместо йодистого серебра на первом этапе был применен йодид свинца (И.И. Гайворонский, И.И. Вернидуб, Н.О. Плауде, В.В. Шишминцев). Использование разработанных пиротехнических составов позволило организовать, начиная с 1964 г., производственную защиту от града на территории Молдавской ССР, исключив из употребления дефицитное йодистое серебро. Однако токсичность йодида свинца и опасность его накопления в природной среде при расширении масштабов работ по активным воздействиям потребовали поиска других реагентов.

     В 1965-1975 гг. в ЦАО был обследован на льдообразующую активность большой ряд химических соединений, не обладающих токсичностью йодистого свинца, в частности, органических льдообразующих веществ. Всестороннему исследованию в отношении льдообразующих свойств и эксплуатационных характеристик были подвергнуты флороглюцин, 1,5-диоксинафталин, ацетилацетонат меди. В ходе исследования ацетилацетоната меди, предложенного в качестве льдообразующего реагента А.Д. Малкиной и В.В. Патрикеевым, впервые была обнаружена специфическая чувствительность льдообразующей активности к пересыщению водяного пара у органических соединений (Н.О. Плауде). Для испытания органических веществ в природных облаках разработан самолетный генератор органических льдообразующих аэрозолей (М.Я. Аксенов, Т.В. Баззаев).

     В этот период был развит способ измерения предельного выхода активных частиц как наиболее объективной характеристики льдообразующей способности веществ и установлена максимальная достижимая активность для основных льдообразующих реагентов (Н.О. Плауде, М.Я. Аксенов). Были выполнены детальные исследования йодистого серебра, которые показали уникальность этого вещества как реагента и обосновали возможность уменьшения относительного содержания йодида серебра в пиротехнических средствах активных воздействий. Разработанные НИИПХ и испытанные в ЦАО и НПО "Тайфун" пиротехнические составы с 2-процентным содержанием йодистого серебра на протяжении более 15 лет являлись основой отечественных аэрозольных средств воздействия.

     Выполненные в 1981 г. прямые сравнения разработанного состава с зарубежными льдообразующими пиросоставами того времени показали его существенное преимущество в уровне активности и эффективности использования йодистого серебра. Высокая эффективность состава была продемонстрирована испытаниями в натурных условиях на слоистых облаках (М.Я. Аксенов, Т.В. Баззаев, Б.Н. Лесков, Н.О. Плауде).

     В дальнейшем усилия были сосредоточены на поисках способов повышения эффективности пиросмесей с йодистым серебром. Был решен вопрос об оптимальных размерах частиц йодистого серебра (М.Я. Аксенов, Н.О. Плауде, Е.В. Сосникова), показана возможность активации пиросоставов добавками гигроскопических соединений, обеспечивающих осуществление наиболее эффективного механизма льдообразования - конденсации-замерзания (Е.В.Сосникова).

     В последние годы усилиями ЦАО и других организаций (Центр "АКВА", ВНИИП "ДАРГ", НПО "Тайфун", Чебоксарское производственное объединение им. В.И. Чапаева) продолжена работа по повышению льдообразующей активности пиросоставов и их устойчивости к условиям использования и хранения. Полученные составы с 7-10% йодистого серебра обладают большей стабильностью и более высоким температурным порогом действия.

     С середины 70-х годов наряду с исследованиями искусственных льдообразующих аэрозолей в ЦАО было начато изучение природных льдообразующих частиц (ледяных ядер). По инициативе и под руководством А.Д. Соловьева была создана камера смешения для регистрации атмосферных льдообразующих ядер и организованы систематические измерения в районе проведения работ по активным воздействиям в МССР. За 14 лет измерений получены данные об естественных вариациях содержания ледяных ядер в атмосфере и о влиянии активных воздействий на концентрацию и характеристики ледяных ядер (А.Д. Соловьев, Е.И. Потапов, Е.И. Зотов, М.В. Вычужанина). В 1976-1985 гг. с помощью самолетных и вертолетных измерений в различных регионах страны были получены данные о вертикальном распределении ледяных ядер в слое до 3500 м (М.В. Вычужанина, В.И. Мирошниченко, И.П. Паршуткина). С 1987 г. систематические измерения характеристик ледяных ядер и общего атмосферного аэрозоля ведутся в г. Долгопрудном на территории ЦАО. Установлены закономерности межгодовых и сезонных вариаций компонент атмосферного аэрозоля, оценено влияние на них природных и антропогенных факторов (М.В. Вычужанина, Н.О. Плауде).

     В 50-60-е годы значительный вклад был внесен ЦАО в создание отечественной системы оперативных служб по борьбе с градобитиями. ЦАО первая в стране приступила к разработке противоградового метода в 1958 г. совместно с Институтом геофизики АН Грузинской ССР. На основе обобщения накопленных экспериментальных данных по воздействиям на конвективные облака и использования принципиально новых технических средств (противоградовых ракет повышенной дальности и высоты полета) был создан практический метод защиты сельскохозяйственных культур от градобитий (И.И. Гайворонский, А.И. Карцивадзе). Это дало возможность организовать в 1961 г. первую в стране противоградовую службу при Министерстве сельского хозяйства ГрССР. В 1964 г. такая служба по инициативе и при непосредственном участии ЦАО была создана в Молдавии, в 1968 г. - в Крымской области УССР. За разработку и внедрение методов и средств борьбы с градом И.И. Гайворонский и Ю.А. Серегин были удостоены в 1969 г. Государственной премии СССР.

     На экспериментальной базе ЦАО в Молдавии с 1964 по 1991 гг. был выполнен широкий круг исследований грозо-градовых процессов (Л.А. Диневич, И.И. Гайворонский, Б.И. Зимин, Г.С. Воронов). Он включал в себя исследования метеорологических условий развития градовых облаков, изучение особенностей их эволюции, детальное исследование радиолокационных параметров градовых облаков, выработку критериев градоопасности. Особенностью проводившихся на Молдавском полигоне противоградовых работ являлось одновременное изучение влияния противоградовой защиты на изменение режима осадков в регионе (И.И. Гайворонский, М.В. Вычужанина). Были получены уникальные данные о модификации режима конвективных осадков средствами противоградовой защиты и показано благоприятное для сельского хозяйства побочное воздействие противоградовых работ - ослабление особо опасных ливней и интенсификация общих осадков из кучево-дождевых облаков на десятки процентов от многолетней нормы (М.П. Леонов, Л.А. Диневич, С.Е. Диневич, Г.П. Берюлев).

     Второй отличительной особенностью противоградовых работ в Молдавии являлся систематический контроль за степенью загрязнения окружающей среды. На протяжении 14 лет на защищаемой от града территории проводились ежедневные измерения содержания в атмосферном воздухе реагентов активных воздействий и количества льдообразующих частиц (А.Д. Соловьев, Е.И. Потапов, Е.И. Зотов, М.В. Вычужанина). Ежегодно в начале и конце сезона противоградовых работ контролировалось содержание реагентов более чем в 100 водоемах на защищаемой и контрольной территориях. Полученные данные позволили оценить максимальное количество реагентов, допустимое для введения в атмосферу в сезон противоградовой защиты без ощутимого загрязнения окружающей среды и показать безопасность осуществляемых в Молдавии противоградовых работ (Е.И. Потапов, Е.И. Зотов, Н.О. Плауде).

     Принципиально новой разработкой ЦАО в области активных воздействий явилось создание динамического метода разрушения конвективных облаков. В конце 50-х годов в опытах, направленных на подавление развития конвективных облаков, Ю.А. Серегиным была обнаружена возможность быстрого разрушения таких облаков введением в растущую вершину грубодисперсных порошков нерастворимых веществ. Обширным комплексом последующих натурных и лабораторных экспериментов было установлено, что действие порошков состоит в инициировании нисходящего воздушного потока, который и вызывает быстрое разрушение облака. Была показана возможность эффективного воздействия как на одноячейковые, так и многоячейковые мощные конвективные облака (Л.П. Зацепина, В.П. Беляев, Л.Б. Зонтов, В.В. Петров, Ю.А. Серегин). В опытах с порошками, имеющими различные поверхностные и дисперсные характеристики, была оценена роль удельного веса и распыляемости порошков (Л.П. Зацепина, Б.И. Зимин). Л.П. Зацепиной и Б.И. Зиминым была выполнена большая серия экспериментов по воздействиям на облака, в которых решение о проведении воздействия принималось случайным образом ( - так называемые рандомизированные эксперименты).

     Положительный эффект воздействия, который оценивался путем сравнения двух рандомизированных выборок облаков с воздействием и без него, оказался значимым на уровне меньше 5 % согласно статистическому критерию Манна-Уитни (Б.И. Зимин). Проведенные исследования позволили создать не имеющую аналогов в мировой практике эффективную технологию разрушения мощных конвективных облаков вплоть до грозовых.

     Технология подавления развития облаков была с успехом использована для предотвращения осадков в районе промплощадки Чернобыльской АЭС (Ю.А. Серегин, Л.П. Зацепина, Г.П. Берюлев, Л.Б. Зонтов, В.П. Беляев). Практически полное предотвращение осадков в период с 10 мая по 9 июня 1986 г. за счет разрушения кучево-дождевых и грозовых облаков на ближних подступах и в районе промплощадки Чернобыльской АЭС позволило предотвратить смыв радиоактивных загрязнений дождевыми стоками в реку Припять до завершения обвалования ее берегов.

     В начале мая 1986 г. группой специалистов ЦАО и УкрНИГМИ под руководством А.А. Черникова была разработана концепция активного воздействия на облака с целью уменьшения атмосферных осадков на заданной площади, важным компонентом которой являлся метод разрушения конвективных облаков. В настоящее время разработанная технология подавления развития облаков применяется регулярно в целях улучшения погодных условий в г. Москве в дни проведения массовых мероприятий в праздничные дни (Г.П. Берюлев, В.П. Корнеев).

     В середине 60-х годов Б.И. Зиминым были предприняты исследования возможности ослабления грозовой активности при засеве мощных конвективных облаков льдообразующими аэрозолями. Они способствовали развитию современного понимания процесса электризации грозовых облаков и разработке эффективных методов воздействия на него. На основе большого экспериментального материала были сформулированы критерии грозовой опасности облаков, гипотеза воздействия льдообразующими аэрозолями на грозовые облака с целью уменьшения их электрической активности и требования к проведению рандомизированного эксперимента (Б.И. Зимин). При проведении этих исследований были получены результаты, имевшие важное значение для формирования нового подхода к проблеме регулирования осадков из конвективных облаков. В частности, была показана возможность стимулирования роста облаков, находящихся в стадии Сu cong и переходной стадии от Cu cong к Cb, с одной стороны, и преждевременного разрушения кучево-дождевых облаков (с температурой на уровне их верхней границы ниже -35°С), с другой стороны, при интенсивном засеве облаков (с концентрацией 105-106 ядер на 1 м3) льдообразующими аэрозолями (Б.И.Зимин).

     Конец 70-х - начало 80-х годов ознаменовались в тематике активных воздействий на конвективные облака переходом от АВ с целью разрушения мощных конвективных облаков и предотвращения гроз к активным воздействиям с целью регулирования осадков. Специалисты ЦАО принимали активное участие в международном проекте по увеличению осадков (ПУО), решение о проведении которого было принято на конгрессе ВМО в 1975 г. Основная задача ПУО заключалась в демонстрации на достаточном уровне статистической значимости в течение короткого экспериментального периода (около 5 лет) возможности успешного искусственного воздействия на метеорологические процессы с целью увеличения количества осадков над территорией с площадью порядка 10 000 кв.км.

     В 1979-81 гг. специалисты ЦАО приняли участие в полевой фазе Проекта (ФВП-3), заключавшейся в проведении физических исследований облачности и осадков с целью определения пригодности полигона в бассейне р. Дуэро в Испании для проведения эксперимента по засеву облаков. В ходе выполнения полевой фазы специалистами обсерватории был разработан и впервые применен на практике радиолокационный метод оперативного обнаружения переохлажденной воды в облаках по информации о неоднородностях поля ветра в пограничном слое атмосферы (Б.П. Колосков, Ю.В. Мельничук, А.А. Черников). Использование нового дистанционного метода обнаружения в облаках и облачных системах зон, содержащих переохлажденную воду и, следовательно, потенциально пригодных для засева льдообразующими реагентами с целью увеличения осадков, позволило, базируясь на данных самолетных исследований облачности над территорией Проекта, получить оценки пригодности полигона ПУО в Испании для проведения экспериментов по засеву облаков.

     В ЦАО (Ю.А. Серегин, А.А. Черников и др.) была разработана концепция повышения осадкообразующей способности конвективных облаков путем их интенсивного засева, которая была реализована в экспериментах в Поволжье (Пензенский метеорологический полигон ЦАО), в Молдавии и на Кубе.

     На Пензенском экспериментальном метеорологическом полигоне в 80-х годах были проведены исследования, направленные на разработку эффективного метода воздействия на конвективные облака с целью увеличения осадков и оценку облачных ресурсов для получения дополнительных осадков. В расширенном диапазоне высот облаков до изотермы -30° С было проведено более 200 рандомизированных опытов по засеву конвективных облаков с помощью пиропатронов, содержащих йодистое серебро. Сравнение выборок засеянных и контрольных облаков показало, что эффект воздействия проявляется в увеличении площади и продолжительности осадков, при этом осадков из засеянных облаков выпадает в 1,5-2 раза больше по сравнению с контрольными облаками (Ю.А. Серегин, Л.П. Зацепина, Б.И. Зимин, Л.Б. Зонтов, В.Н. Поздеев).

     В Молдавии, на территории Военизированной службы по активным воздействиям, были проведены серии засевов конвективных облаков с целью увеличения осадков с помощью противоградовых ракет. Анализ показал, что засев слабых и умеренных ливней приводит к увеличению осадков, тогда как засев сильных ливней - к их уменьшению (М.П. Леонов, Л.А. Диневич, С.Е. Диневич, Г.П. Берюлев).

     Численные эксперименты с двумерной микрофизической моделью конвективного облака показали, что на различных стадиях развития конвективного облака интенсивность осадков может иметь колебательный характер, а воздействие может приводить как к увеличению, так и к уменьшению осадков, что можно использовать для целенаправленного регулирования осадков над заданной мишенью (В.И. Хворостьянов, А.П. Хаин).

     По Межправительственному соглашению с Республикой Куба в провинции Камагуэй в начале 80-х годов были проведены совместные советско-кубинские исследования возможности увеличения осадков из конвективных облаков в тропической зоне. На созданном здесь полигоне с 1984 по 1988 гг. был проведен пятилетний рандомизированный эксперимент по воздействию на облака с засевом их верхней части вблизи изотермы -10° С с помощью пиропатронов с йодистым серебром. В 1987-88 гг. были осуществлены эксперименты с облачными кластерами. Эксперименты показали, что положительный эффект, заключающийся в росте облака, увеличении его горизонтальных размеров и продолжительности выпадения осадков, наблюдался при засеве облаков с температурой на уровне верхней границы от -10 до -20° С. Осадки, выпадавшие из изолированных облаков и кластеров при воздействии, примерно в 2 раза превышали осадки из них без воздействия (Ю.А. Серегин, Л.П. Зацепина, Б.И. Зимин, В.П. Беляев, В.В. Петров, В.Н. Поздеев, Б.Г. Данелян).

     В результате проведения в различных географических регионах многолетних экспериментов по воздействию на конвективные облака была разработана методика оперативного засева облаков с целью увеличения осадков, которая прошла успешные испытания в Ставропольском крае в 1986-1989 гг., на Кубе в 1987-1988 гг., в районах Нечерноземья ЕТС и восточных районах России в 1988-1989 гг.

     В середине 80-х годов ЦАО была осуществлена большая экспериментальная программа по изучению возможностей искусственного регулирования зимних осадков из фронтальных слоистообразных облачных систем (Г.П. Берюлев, Б.Г. Данелян). В качестве базовой концепции была принята идея комплексного физического эксперимента, позволяющего в отличие от схемы статистического (рандомизированного) эксперимента при определенных условиях получать оценку эффекта засева облаков в каждом конкретном опыте по засеву. Оценка эффектов обеспечивалась специальной методикой засева облаков (модуляционный засев) и особыми приемами обработки осадкомерной информации (метод движущихся мишеней) (Г.П. Берюлев, Ю.А. Серегин, А.А. Черников). В результате проведения большого объема опытов по засеву зимних слоистообразных облачных систем гранулированной твердой углекислотой были получены надежные данные о происходящих при этом изменениях спектрального состава облачных частиц в зонах воздействия (Г.П. Берюлев, А.Н. Невзоров, Б.Г. Данелян). Показано, что наиболее успешными оказываются воздействия на облачные системы холодных фронтов и фронтов окклюзии в условиях существования циклонов или барических ложбин. При этом, в конкретном опыте интенсивность осадков при воздействии может возрастать на 60% и более, а обусловленное воздействиями увеличение сезонного слоя осадков с учетом частоты появления пригодных для этого условий составляет не менее 15-20 %.

     В эти годы были проведены также самолетные исследования и численное моделирование орографической облачности и воздействия на нее льдообразующими аэрозолями. На основе комплексного анализа физических процессов при образовании орографических облаков разработаны рекомендации по засеву таких облаков с земли, установлено оптимальное размещение аэрозольных генераторов, проведены оценки дополнительного количества осадков (Г.П. Берюлев, М.П. Власюк, Б.Г. Данелян, В.И. Хворостьянов, Г.Р. Тороян).

     В конце 80-х годов в ЦАО получили развитие новые методы статистической оценки и планирования рандомизированных опытов по увеличению осадков (О.И. Шипилов). Разработанные аналитические методы оценки необходимой длительности эксперимента позволили провести сравнение различных планов эксперимента (экспериментальных единиц, контрольных площадей и т.п.) и предложить оптимизированные схемы рандомизированных экспериментов в облачных полях (О.И. Шипилов, Ю.В. Мельничук, Б.П. Колосков).

     Достижением ЦАО последних 10-ти лет является окончательная отработка и внедрение технологии оперативного увеличения осадков для нужд различных отраслей народного хозяйства (Ю.А. Серегин, Г.П. Берюлев, Ю.В. Мельничук). Важнейшими составляющими технологии являются:

обоснованная селекция пригодных для засева облаков, обеспечение массированного засева облаков льдообразующими реагентами с целью быстрой кристаллизации их переохлажденной части и, как следствие, роста их вертикальной мощности и обусловленной этим интенсификации процесса осадкообразования, использование для засева специально разработанных пиротехнических генераторов (пиропатронов) с высоким удельным выходом льдообразующих частиц.

     В технологии используется специально разработанный метод статистической оценки эффективности воздействий, основанный на модифицированном способе исторической регрессии и базирующийся на данных самолетных метеорологических и навигационных измерений, радиолокационных измерений осадков и динамики перемещения осадкообразующих облачных систем, измерений слоев осадков наземной осадкомерной сетью (Б.П. Колосков, Ю.В. Мельничук, Г.П. Берюлев). Технология позволяет осуществлять операции по увеличению осадков на площади более 150 тысяч квадратных километров.

     В 90-х годах ЦАО выполнила 6-летний коммерческий проект по увеличению осадков на территории Сирийской Арабской Республики. По результатам работ сезонное увеличение осадков составило в среднем 12%.

     В 1996-1998 гг. совместно с Центром внедрения методов и средств активного воздействия на погоду "АКВА" (В.П. Корнеев) были осуществлены 4 самолетных экспедиции для увеличения осадков на территории Республики Саха (Якутия).

     С 1999 г. ЦАО успешно использует разработанную технологию в коммерческом проекте по увеличению водных ресурсов в провинции Йязд Исламской Республики Иран.

     В эти же годы в ЦАО отрабатывалась технология регулирования осадков для улучшения погодных условий на заданной территории. Задача уменьшения облачности и осадков на заданной площади ставится администрациями крупных городов для создания благоприятных метеорологических условий при проведении массовых общественных, спортивных и культурных мероприятий. В последние несколько лет ЦАО систематически выполняет заказные работы по улучшению погодных условий в Москве, в Ташкенте и Астане (В.П. Корнеев, Г.П. Берюлев). В результате проведения этих работ выработана комплексная технология, которая использует различные методы воздействия на метеорологические процессы и их комбинации. В их число входит рассеяние слоистообразных облаков льдообразующими реагентами, разрушение мощных кучево-дождевых облаков динамическим способом для предотвращения ливней и гроз, инициирование преждевременного выпадения осадков из облачных систем на наветренной стороне от заданной территории, интенсивный засев натекающей на территорию облачности с целью уменьшения эффективности механизмов осадкообразования путем "перезасева" облачных слоев.

     Совместно с Центром "АКВА" ЦАО отработаны оптимальные схемы оперативного управления операциями по активному воздействию на облака с одновременным участием большого числа (до 9) самолетов в условиях значительной авиационной загруженности воздушного пространства. При этом приобретен уникальный не только для нашей страны опыт проведения одновременных воздействий на облака различных форм (В.П. Корнеев, В.П. Берюлев).

     Проведение исследовательских и оперативных работ сопровождалось созданием нормативно-методических документов на проведение работ по активным воздействиям. В практику работ Росгидромета внедрены Методические указания по основным видам активных воздействий на облака и туманы.

Исследование высоких слоев атмосферы

     В 1948 г. по инициативе Г.И.Голышева в Центральной аэрологической обсерватории было создано специализированное научное подразделение - Лаборатория N1, основной целью которой на начальном этапе явилось исследование стратосферы с помощью высотных метеорологических зондов и автоматических аэростатов. Начальником Лаборатории N1 был назначен В.А.Путохин, а главным инженером А.М.Касаткин.

     В последующем, наряду с Лабораторией N1, главной задачей которой было исследование термодинамики атмосферы на высотах 30-100 км, в составе ОФВСА была создана Лаборатория N2 (начальником которой с 1951г. был назначен С.М. Шметер). Исследования в этой Лаборатории в основном выполнялись в слое от уровня тропопаузы до высот 25-30км. Для этих целей использовались данные радиозондирования и измерений на пилотируемых и автоматических стратостатах. К наиболее важным исследованиям, выполненным специалистами Лаборатории N2, относятся экспериментальные исследования в начале 50-х годов химического состава атмосферы на высотах 10-30км. Для этих целей с помощью нескольких десятков подъемов автоматических стратостатов поднимались предварительно откачанные стеклянные колбы, автоматически открывающиеся и закрывающиеся на заранее запланированной высоте, а затем опускались на землю. Лабораторный химический анализ, собранных таким образом проб воздуха, показал постоянство относительного содержания основных и благородных атмосферных газов (N 2, O2, Ar и др.) во всем прозондированном слое, т.е. по крайней мере до высоты 28-30км. (В.А. Путохин, С.М. Шметер, Г.Л. Беляева).

     По материалам многолетних радиозондовых измерений были выявлены отклонения значений метеорологических параметров реальной атмосферы от Международной стандартной (В.А. Путохин, С.М. Шметер). Большой цикл исследований был посвящен уточнению метрологических характеристик радиозондов (С.М. Шметер, В.Н. Покровский, В.Д. Решетов) и в первую очередь оценке искажений результатов измерений температуры воздуха под действием солнечной радиации, а также инерции датчиков.

     В дальнейшем Лаборатория N1 была преобразована в отдел стратосферных исследований (ОСИ), а затем - в отдел физики высоких слоев атмосферы (ОФВСА). С таким названием отдел существует до настоящего времени.

     В 1948г. по инициативе Г.И.Голышева и В.А.Путохина были начаты работы по созданию метеорологического ракетного комплекса.

     Ракета, транспортно-заряжающее оборудование, поверочная и стартовая аппаратура создавались в специализированном конструкторском бюро под руководством главного конструктора акад. А.Д. Надирадзе, а парашютные системы для спасения головной части ракеты и ракетного двигателя - коллективом специализированного института под руководством О.И. Волкова. Весь комплекс был создан всего лишь за 3 года и уже в октябре 1951 г. были проведены летно-конструкторские испытания ракеты, получившей индекс МР-1. Ракета МР-1, являвшаяся первой метеорологической ракетой в мире, работала на жидком топливе, общая масса превышала 600 кг, высота подъема -90 км, масса полезной нагрузки составляла 11кг. Для разгона ракеты в пусковой установке использовался пороховой бустерный двигатель, а для спасения головной части ракеты, содержащей измерительную аппаратуру и передатчик радиотелеметрической линии - парашют. Второй, грузовой парашют предназначался для спасения корпуса двигателя. Все это позволяло использовать вторично и бортовую аппаратуру, и сам двигатель. Парашют головной части полностью затормаживался на высоте около 60 км и по его дрейфу определялась скорость и направление ветра. Прослеживание траектории движения ракеты, а после разделения - траекторий движения ракеты и головной части производилось с помощью базисной системы кинотеодолитов, что позволяло определять скорость и направление ветра до высоты 60 км. На ракете был установлен стандартный блок аппаратуры разработки ЦАО (М.Н. Изаков, Г.А. Кокин, А.М. Касаткин, Н.С. Лившиц, Е.А. Бесядовский), предназначенный для определения температуры и давления. Кроме того, на некоторых головных частях устанавливался ультрафиолетовый спектрометр для измерения плотности озона, магнитные манометры для измерения давления воздуха, плотномер типа "Альфатрон", баллоны для забора проб воздуха и т.д.

     С 1952 г. по 1959 г. ракета МР-1 эксплуатировалась на СРЗА "Волгоград". С ее помощью был накоплен значительный научный материал о вертикальном распределении температуры, давления и плотности до 80 км и ветра до 60 км, что позволило создать в 1962 г. стандартную атмосферу Советского Союза СА-64.

     В связи с необходимостью расширения географии ракетного зондирования уже в 1956 г. на базе ракеты боевого применения был создан метеорологический ракетный комплекс ММР-05 (главный конструктор Д.Д. Севрук) с высотой подъема 50 км. Этот комплекс был введен в эксплуатацию в 1957 г. - на станциях ракетного зондирования о.Хейса (Земля Франца Иосифа), Новая Земля, а с конца 1957 г. на дизельэлектроходе "Объ". Тем самым заметно расширился вклад Советского Союза в выполнение научных программ Международного Геофизического Года (МГГ) и Международного года спокойного Солнца (МГСС) (1957-1959гг.). В 1959г. этими комплексами были оснащены научно-исследовательские суда Гидрометеослужбы "Воейков" и "Шокальский". Состав бортовой аппаратуры этой ракеты был аналогичен составу бортовой аппаратуры ракеты МР-1 и отличался тем, что в нее был включен радиолокационный ответчик. Таким образом на основе наземной аэрологической радиолокационной станции "Метеор" был создан мобильный и достаточно надежный радиоканал слежения за траекторией движения головной части ракеты ((ведущий инженер разработки радиолокатора Б.Г. Рождественский, ведущий инженер разработки радиолокационного ответчика М.В. Кречмер).

     В конце 1959 г. по техническому заданию ЦАО специализированное конструкторское бюро (главный конструктор Ф.Ф. Петров, ведущий конструктор В.П. Тесленко) начало разработку твердотопливной метеорологической ракеты МР-12, которая должна была доставлять полезную нагрузку массой 30-35 кг на высоту около 180 км. Разработка этой ракеты, курирование которой с 1963г. было возложено на Институт прикладной геофизики (ИПГ), была завершена к 1965 г. С помощью этой ракеты был выполнен широкий круг исследований. Измерялись следующие параметры: давление, скорость и направление ветра, турбулентная диффузия, состав нейтральных и ионизованных составляющих, их концентрации, потоки солнечного и корпускулярного излучения. В 80-90 годы был осуществлен ряд экспериментов по искусственному воздействию на верхнюю атмосферу. Ракета использовалась в средних широтах и полярных районах, а с оснащением ракетными комплексами МР-12 Научно-исследовательских кораблей Гидрометслужбы "Профессор Зубов" и "Профессор Визе" - над акваториями океанов. Дальнейшую доработку и эксплуатацию этой ракеты осуществляло научно-производственное объединение "Тайфун" (А.А. Шидловский).

     В 1964 г. коллективом разработчиков (главный конструктор А.Т. Чернов) была создана, прошла успешные летные испытания и была внедрена в эксплуатацию твердотопливная метеорологическая ракета М-100, способная доставлять полезную нагрузку массой 12-14кг на высоту 90км. Базовый состав аппаратуры состоял из термометров сопротивления, предназначенных для измерения температуры, манометров Пирани - для определения давления, контейнеров с диполями - для определения скорости и направления ветра в диапазоне высот 60-90км. (Е.А. Бесядовский, Г.А. Кокин, Н.С. Лившиц, С.В. Пахомов) Головная часть спускалась на парашюте, что позволяло определить скорость и направление ветра от Земли до высоты 60км.

     Помимо базового комплекса на ракете устанавливались другие приборы: оптические озонометры (А.Ф. Чижов, Г.И. Кузнецов, О.В. Штырков, Н.Н. Брезгин), хемилюминесцентные датчики озона (С.П. Перов, В.И. Коньков), счетчики корпускулярных частиц (В.Ф. Тулинов), электронные зонды (А.А. Ястребов, С.В. Пахомов), датчики водяного пара (А.В. Федынский, В.А. Юшков, М.Г. Хапланов), счетчики аэрозолей (Ю.А. Брагин и др.), измерители атомарного кислорода (А.В. Федынский, С.П. Перов, А.Ф. Чижов) и окиси азота (С.А. Кожухов, А.Ф. Задорожный, Г.А. Тучков), измерители концентрации ионов (Ю.А. Брагин, Т.И. Оришич), измерители напряженности электрического поля (Ю.А. Брагин, А.А. Тютин, А.А. Кочеев), контейнеры с надувными сферами для определения скорости и направления ветра, плотности и температуры (А.Н. Мельников, С.В. Пахомов) и ряд других приборов.

     В дальнейшем ракета М-100 была усовершенствована и получила индекс М-100Б. Она эксплуатировалась вплоть до 1995г. Этим же коллективом разрабатывалась ракета ММР-06. Ее эксплуатация началась в 1970г. Ракета являлась твердотопливным неуправляемым снарядом, имела массу 135кг и поднимала полезную нагрузку в 5кг на высоту 60км. В дальнейшем была предпринята попытка уменьшить площадь падения отработавших двигателей с одновременным увеличением высоты подъема до 80км. Эта задача была успешно решена и с 1985г. была введена в строй модернизированная версия ракеты ММР-06 (ММР-06 - Дарт) (С.А. Беляк, П. Гледе, Г.А. Кокин, И.С. Мошников, А.А. Шидловский). Аппаратура этой ракеты состояла из бусинкового термосопротивления для измерения температуры воздуха. Ветер, как и прежде, измерялся путем прослеживания дрейфа ракетного зонда на парашюте, конструкция которого была изменена путем введения системы принудительного наполнения, что обеспечивало его ввод на высоте 70-75км (П. Гледе, Р. Штольте, К. Шульц, Е. Ассенг, Г. Гернанд, К. Дрешер).

     Создание приборов и методов для ракетных исследований потребовало организации современной лабораторной базы, с помощью которой удалось выполнить ряд исследований, некоторые из которых выходили за рамки прикладных задач и имели фундаментальное значение (Г.А. Кокин, С.П. Перов, М.Н. Изаков, Е.В. Лысенко, В.М. Санкович, А.Ф. Чижов, Г.М. Мартынкевич). Особое внимание естественно было обращено на разработку приборов и устройств для ракетного зондирования (Г.А. Кокин, М.Н. Изаков, Н.С., Лившиц, Е.А. Бесядовский, Г.М. Мартынкевич, С.П. Перов, А.Ф. Чижов, И.С. Мошников, В.И. Козлов, А.В. Комоцков, В.И. Ермаков, В.Д. Гринченко, С.А. Вязанкин).

     Одновременно с развитием ракетной техники шло становление сети станций ракетного зондирования. В восьмидесятые годы сеть станций ракетного зондирования атмосферы СССР и сотрудничавших с ним стран включала в себя следующие пункты: о.Хейса (810 с.ш., 580 в.д.), "Ахтопол" (НРБ, 420 с.ш., 440 в.д.), "Волгоград" (490 с.ш., 440 в.д.), "Цингст" (ГДР, 530 с.ш., 120 в.д.), "Балхаш" (470 с.ш., 750 в.д.), "Сайн-Шанд" (МНР, 480 с.ш., 1070 в.д.), "Тумба" (Индия, 90 с.ш., 770 в.д.), "Молодежная" (Антарктика, 680 ю.ш.,