«Будущее Земли»: радиационный фактор, лучистая энергия и ДЗЗ

В год 75-летия «Атомного проекта» в СССР (1945-2020) [1] важно отметить его существенное влияние не только на научно-технологическую революцию 20-го века, но и на развитие «наук о Земле». Создание «Ракетно-ядерного щита» стимулировало ускорение освоения космоса и организации космических исследований. О программе космических исследований заговорили в 1955 г. Для убеждения руководителей СССР в необходимости освоения космического пространства и запусков космических спутников и кораблей М.В.Келдыш как уже признанный государственный деятель выделил две главные задачи: разведка и наблюдения Земли, вокруг которых сформировались многие научно-исследовательские проекты, определилась новая отрасль человеческой деятельности, в 1955 г. началось строительство космодрома «Байконур» и были созданы Министерство общего машиностроения и другие ведомства. Подтверждается стратегический выбор, сделанный русским гением М.В.Келдышем и актуальный в 20-м и 21-м веках.

Фундаментальные основы для реализации Всемирной Глобальной Научной ПРОГРАММЫ «Будущее Земли» [2] и прогнозирования БУДУЩЕГО ЗЕМЛИ как планеты (куда эволюционирует – к прообразу Марса или Венеры?) под влиянием антропогенного и естественно-природного воздействия, были заложены в XX веке. – это успехи МАТЕМАТИКОВ, изобретение компьютера, выход человека в космос и создание «Ракетно-ядерного щита»!

Планета Земля – естественный пример динамической системы с нелинейными процессами, находящейся в непрерывных изменениях. Радиационное поле Земли – неотъемлемая компонента и фундаментальная основа всего мироздания. Не случайно наблюдения и исследования планеты Земля проводятся с помощью «световых технологий», поскольку скорость света такова, что исследуемый объект можно считать «стационарным» и в теории переноса излучения практически решаются стационарные кинетические уравнения без временной зависимости.

Радиационное поле Земли – одна из определяющих компонент климата, экосистемы и жизнеобеспечения. Составной частью исследований опасных явлений и экологических последствий естественно-природных катастроф и техногенных чрезвычайных ситуаций является разработка информационно-математической системы и создание программного визуально-диагностического обеспечения для математического моделирования переноса излучения, аэрокосмического дистанционного зондирования и мониторинга, анализа и прогнозирования на основе «сценариев».

Предлагается оригинальный универсальный математический аппарат для моделирования переноса излучения в многослойных неоднородных гетерогенных природных средах с существенно различными радиационными режимами в отдельных областях 1D или 2D или 3D сферической системы. Гетерогенной является, например, система «свободная атмосфера – многоярусная облачность – приземный слой атмосферы – океан (суша)». Подход основан на построении обобщенных решений в форме матричных функционалов, ядрами которых являются векторы функций влияния отдельных слоев системы. При этом функции влияния слоев с различными аэрозольными и молекулярными характеристиками рассеяния и поглощения и радиационными режимами можно рассчитывать разными методами в разных приближениях теории переноса излучения. [3]
Такая постановка задачи приобретает также актуальность в связи с проблемами фоторадиационной химии атмосферы (тропосферы, стратосферы и озоносферы в условиях сумерек, зари, терминатора, полярных регионов); информационного обеспечения томографии атмосферы Земли, в том числе рефрактометрическими методами и космическими системами, работающими в условиях наблюдений по горизонтальным трассам; дистанционного зондирования полярных регионов; созданием моделей спектрально-радиационного баланса Земли; фазовой яркости Земли для приборов космической навигации (возврат КА на Землю, навигация КА по Земле и т.п.); реализацией проектов дополнительных источников энергии на КА путем использования солнечного излучения, отраженного Землей и т.д. [4-7].
Новые возможности предлагаемой модели связаны с верификацией инженерных прикладных методик и приближения плоских слоев, массово используемых для экспресс-анализа космических данных и в радиационных блоках для моделей климата, циркуляции, прогноза, фотохимической кинетики, динамики озоносферы, трансграничного переноса загрязнений воздушного бассейна и т.д.

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

Литература

1. История Росатома. Атомный проект СССР. Электронная библиотека URL: http://elib.biblioatom.ru/sections/0201/.

2. Future Earth. Global Research Projects. http://futureearth.org

3. Сушкевич Т.А. Математические модели переноса излучения. Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. 661 с.

4. Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В. Земля, космос и суперкомпьютинг: сопряженные радиационные задачи (Посвящается 65-летию ИПМ имени М.В.Келдыша и памяти математика-легенды М.В.Келдыша) // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2018. № 167. 20 с.

5. Сушкевич Т.А. Нобелевский лауреат С. Чандрасекар: к 65-летию первой монографии по переносу лучистой энергии (Посвящается 65-летию ИПМ имени М.В. Келдыша и памяти профессора Е.С. Кузнецова, основателя отечественной научной школы и создателя отдела «Кинетические уравнения») // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2018. № 228. 32 с.

6. Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В. Альбедо планеты как индикатор эволюции климата Земли (65-летию ИПМ имени М.В.Келдыша и достижениям «Лунной программы» посвящается) // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2018. № 88. 28 с.

7. Сушкевич Т.А. К 55-летию открытия стратосферных аэрозольных слоев из космоса: вулканы и проблемы климата (Посвящается 65-летию ИПМ имени М.В.Келдыша и его достижениям в пилотируемой космонавтике) // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2018. № 125. 32 с.