Сотрудники Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН совместно с Томским государственным университетом выяснили, что форма облаков одновременно влияет на два ключевых параметра: пропускание ультрафиолетового излучения и градиент потенциала приземного электрического поля.
В течение длительного времени группа ученых под руководством доктора физико-математических наук Петра Нагорского анализировала данные, полученные в геофизической обсерватории ИМКЭС СО РАН. Внимание исследователей было сосредоточено на десяти основных формах облаков: от перистых (верхний ярус) до кучево-дождевых (вертикального развития). Также учитывалось наличие аэрозолей, в частности дымовых шлейфов от лесных пожаров.
Для анализа УФ-излучения был выбран спектральный диапазон около 380 нанометров. Этот участок интересен тем, что излучение здесь слабо поглощается озоном, но при этом эффективно рассеивается облачными и аэрозольными частицами. Сравнивая показатели с эталонными значениями для чистой безоблачной атмосферы, ученые оценивали коэффициент пропускания ультрафиолета.
Наиболее сильное влияние на оба параметра оказали кучево-дождевые (грозовые), слоистые и слоисто-дождевые облака. Однако неожиданным результатом стало то, что даже перистые облака верхнего яруса, обладающие малой вертикальной мощностью, статистически значимо меняют как электрическое поле, так и поток ультрафиолета.
В целом наличие любой облачности или повышенной концентрации аэрозоля приводит к снижению напряженности приземного электрического поля и уменьшению потока УФ-излучения. Например, фоновые значения напряженности для Томска летом составляют 200–250 В/м, тогда как при мощной облачности они могут падать почти до нуля.
Основным выводом работы стала обнаруженная корреляция между градиентом потенциала электрического поля и коэффициентом пропускания ультрафиолета. Хотя прямой физической связи между электростатикой и атмосферной оптикой не существует, обе величины синхронно реагируют на изменения состояния атмосферы — наличие частиц дыма, капель или кристаллов льда.
Практическое значение результатов заключается в нескольких областях. Полученные зависимости позволяют в реальном времени диагностировать состояние атмосферы, обнаруживать облака и дымовые шлейфы без участия человека. Это особенно актуально для Сибири, где метеостанции расположены редко, а наблюдения проводятся лишь раз в три часа.
Также эти закономерности могут быть использованы для совершенствования моделей прогноза погоды, оценок климатических изменений, а также для расчета доз ультрафиолетового излучения. В перспективе метод позволит косвенно восстанавливать данные об электрических характеристиках облаков, включая грозовые, непосредственное изучение которых технически сложно и опасно для авиации.
Кроме того, выявленные закономерности могут быть интегрированы в модели глобальной электрической цепи, описывающие движение зарядов между ионосферой и поверхностью Земли. Авторы подчеркивают, что их обсерватория остается единственным пунктом в Западной и Центральной Сибири, где ведутся столь детальные и длительные наблюдения за электрическими характеристиками атмосферы.