«Будущее Земли»: глобальная сферическая модель радиационного поля Земли

Фундаментальные основы для реализации Всемирной Глобальной Научной ПРОГРАММЫ «Будущее Земли» [1] и прогнозирования не только климата Земли, но и её будущего как планеты (куда эволюционирует – к прообразу Марса или Венеры?), включая последствия антропогенного и естественно-природного воздействия, были заложены в XX веке благодаря достижениям МАТЕМАТИКОВ и изобретения компьютера, успехам в покорении космоса и создании «Ракетно-ядерного щита»!

Первые глобальные сферические модели радиационного поля Земли были разработаны и реализованы 55 лет назад Сушкевич Т.А. [2-9] в рамках проектов «Ракетно-ядерный щит» и покорения космоса в первом в мире Институте прикладной математики АН СССР (Институт Келдыша создан в 1953 году). Коллектив Института Келдыша с 1946 года (находился в составе Института математики им. В.А.Стеклова АН СССР) имел огромный опыт решения больших задач по «Атомному проекту» [10], 75-летие которого отмечается в 2020 году. И.В.Курчатов отвечал за «Атомный проект» и создание «изделий», С.П.Королев – за создание «ракет» для доставки «изделий» и космической группировки ПРО (противоракетной обороны), а М.В.Келдыш – за математику, вычислительную технику и расчеты в «Трех проектах»: «Атомный проект», «Космический проект», проект ««Ракетно-ядерный щит».

С 1954 года первые экземпляры математических ЭВМ, начиная с первой ЭВМ «Стрела», устанавливались в Институте Келдыша, в котором был создан самый большой вычислительный центр. Другие коллективы в Москве, Ленинграде, Новосибирске не имели ЭВМ высокой производительности и не могли конкурировать с Институтом Келдыша, где кроме ЭВМ была создана первая научная школа по вычислительной математике с широким спектром приложений.

Т.А. Сушкевич разработала первую в мире глобальную модель переноса солнечного и собственного излучения в сферической атмосфере Земли в масштабах планеты (расчет одного варианта на БЭСМ-6 длился около 300 часов) [2, 3], на основе которой были получены пионерские результаты по дистанционному зондированию аэрозольных и озоновых слоев, а также решены многие прикладные задачи освоения космического пространства и становления космических исследований.

Глобальная модель в последние годы приобрела актуальность в связи с исследованиями глобальной климатической системы Земли и признанием существенной роли (вклад до 40%) радиационного форсинга на эту систему.

Непреодолимая сложность проблемы состоит в том, что для исследований планеты не допустимы натуральные эксперименты и возможны только мониторинг и наблюдения разными средствами, с одной стороны, а с другой стороны на момент измерений радиации невозможно восстановить весь набор оптико-геофизических и оптико-метеорологических параметров системы «атмосфера-суша-океан», от которых зависит радиация, и не возможно повторить условия наблюдений, так как среда непрерывно изменяется и никогда не повторяется. В момент измерений НЕВОЗМОЖНО проконтролировать «оптическую погоду»! Потому исследования можно проводить только на основе моделей и «сценарного» подхода!

Без МАТЕМАТИКИ и КОМПЬЮТИНГА нельзя реализовать ПРОГРАММУ «Будущее Земли»! Для решения таких проблем традиционно используются самые большие ЭВМ, в том числе суперкомпьютеры (с 2004 года – в США по заказу NASA; Китай, Япония, Германия, ЕС, Бразилия и др).

В докладе будут представлены аналитический обзор состояния этой проблемы и проект современной модели глобального радиационного поля Земли.

Исследование выполняется в рамках темы № 0017-2019-0002 при частичной финансовой поддержке РФФИ (проекты 17-01-00220, № 18-01-00609).

Литература

1. Future Earth. Global Research Projects. http://futureearth.org
2. Сушкевич Т.А. Осесимметричная задача о распространении излучения в сферической атмосфере // Отчет № О-572-66. М.: ИПМ АН СССР, 1966. 180 с.
3. Сушкевич Т.А. Поле яркости сферической атмосферы // Кандидатская диссертация. Автореферат. Москва, ИФА АН СССР, 1972. С. 190/11.
4. Назаралиев М.А., Сушкевич Т.А. Расчеты характеристик поля многократно рассеянного излучения в сферической атмосфере // Изв. АН СССР. Серия Физика атмосферы и океана, 1975. Т. 11, № 7. С. 705-717.
5. Сушкевич Т.А., Коновалов Н.В. Об области применимости плоской модели в задачах о многократном рассеянии излучения в земной атмосфере // Изв. АН СССР. Серия Физика атмосферы и океана, 1978. Т. 14, № 1. С. 44-57.
6. Кондратьев К.Я., Марчук Г.И., Бузников А.А., Минин И.Н., Михайлов Г.А., Назаралиев М.А., Орлов В.М., Смоктий О.И. Поле излучения сферической атмосферы // Л.: Изд-во ЛГУ, 1977. 215 с.
7. Сушкевич Т.А. Математические модели переноса излучения. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 661 с.
8. Сушкевич Т.А. О пионерских работах по математическому моделированию радиационного поля Земли при освоении космоса // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2008. В.5. Т.1. С. 165-180.
9. Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В. Глобальное радиационное поле Земли, радиационный форсинг и супервычисления // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т.7. №4. С. 165-175.
10. История Росатома. Атомный проект СССР. Электронная библиотека URL: http://elib.biblioatom.ru/sections/0201/.