Instytut Geofizyki FUW

Instytut Geofizyki na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego jest ośrodkiem badań naukowych działającym w obszarze fizyki atmosfery, procesów klimatycznych oraz nowoczesnych technologii optycznych i fotonicznych. Zjawiska zachodzące w atmosferze, hydrosferze i litosferze mają złożony i wieloaspektowy charakter, a ich badanie pozwala lepiej rozumieć mechanizmy kształtujące środowisko naturalne oraz procesy zachodzące w systemie Ziemi. Drugim filarem działalności Instytutu są badania z zakresu optyki i fotoniki, obejmujące m.in. oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z materią oraz rozwój nowoczesnych technik optycznych i fotonicznych. Synergia badań geofizycznych oraz rozwoju technologii optycznych i fotonicznych umożliwia rozwój nowych metod obserwacji atmosfery oraz pogłębianie wiedzy o procesach fizycznych zachodzących w systemie Ziemi. Dzięki temu instytut w swojej działalności łączy rozwój aparatury pomiarowej z jej zastosowaniem w badaniach, tworząc interdyscyplinarne środowisko badań zarówno podstawowych, jak i aplikacyjnych.

Instytut składa się z trzech zakładów: Zakład Fizyki Atmosfery, Zakład Fotoniki oraz Zakład Optyki Informacyjnej. W ich strukturze funkcjonuje jedenaście zespołów badawczych, w których badania prowadzą naukowcy, doktoranci oraz specjaliści techniczni. Zespoły te łączą doświadczenie w badaniach z kompetencjami w zakresie rozwoju instrumentów pomiarowych, analizy danych oraz modelowania numerycznego procesów fizycznych.

Zakres badań

Badania prowadzone w Instytucie koncentrują się w dwóch głównych nurtach. Pierwszy dotyczy procesów zachodzących w systemie Ziemi i środowisku planetarnym, w szczególności fizyki atmosfery, dynamiki i mikrofizyki chmur, procesów turbulentnych oraz wpływu aerozoli atmosferycznych na bilans radiacyjny Ziemi i system klimatyczny. Badania te prowadzone są z wykorzystaniem pomiarów in-situ, metod zdalnego sondowania atmosfery oraz symulacji numerycznych opisujących transfer promieniowania i procesy atmosferyczne. Drugi nurt obejmuje rozwój metod optycznych i fotonicznych oraz technik obrazowania wykorzystywanych w badaniach naukowych i technologicznych. Prowadzone są m.in. badania nad oddziaływaniem światła z materią w nanoskali, nanofotoniką, nanostrukturyzowanymi materiałami optycznymi oraz projektowaniem i modelowaniem zaawansowanych układów fotonicznych. Rozwijane technologie znajdują zastosowanie w czujnikach optycznych, systemach obrazowania, technologiach informacyjnych oraz nowoczesnych metodach obserwacji atmosfery i środowiska. Połączenie tych kierunków pozwala na synergię badań nad procesami geofizycznymi z rozwojem zaawansowanych narzędzi pomiarowych i modelowania, wykorzystywanych w badaniach atmosfery i klimatu.

Zakres prowadzonych badań obejmuje szerokie spektrum zagadnień, w szczególności:

1. fizykę atmosfery, w tym procesy dynamiki atmosferycznej kształtujące pogodę i klimat;
2. mikrofizykę chmur oraz procesy powstawania opadów atmosferycznych;
3. badania aerozoli atmosferycznych i ich wpływu na bilans radiacyjny Ziemi oraz system klimatyczny;
4. transfer promieniowania w atmosferze oraz jego znaczenie dla procesów klimatycznych;
5. procesy turbulentne w atmosferze oraz ich rolę w transportach energii i materii;
6. zdalne sondowanie atmosfery z wykorzystaniem zaawansowanych technik optycznych i lidarowych;
7. modelowanie numeryczne procesów atmosferycznych i geofizycznych;
8. badania środowiska planetarnego oraz procesów zachodzących na innych ciałach Układu Słonecznego;
9. rozwój technologii optycznych i fotonicznych, w tym nanofotoniki oraz nanostrukturyzowanych materiałów optycznych; 
10. rozwój metod obrazowania optycznego i optyki informacyjnej wykorzystywanych w analizie danych i badaniach środowiska.

Metody i infrastruktura badawcza

Instytut Geofizyki dysponuje rozbudowaną infrastrukturą badawczą i pomiarowym obejmującym m.in. laboratoria fizyki atmosfery, fotoniki i optyki informacyjnej oraz zaawansowane systemy zdalnego sondowania atmosfery. Infrastruktura ta umożliwia prowadzenie zarówno eksperymentów laboratoryjnych, jak i pomiarów terenowych. Naukowcy korzystają z mobilnej stacji EMORAL, która pozwala na wykonywanie pomiarów lidarowych w różnych regionach Europy, a nawet i świata. Rozwój metod optycznych i fotonicznych ma przy tym znaczenie nie tylko poznawcze, lecz również aplikacyjne. Technologie te znajdują zastosowanie m.in. w czujnikach optycznych, systemach obrazowania, telekomunikacji oraz nowoczesnych systemach pomiarowych wykorzystywanych w badaniach środowiska.

Instytut jest również jedyną jednostką w Polsce specjalizującą się w pomiarach atmosferycznych wykonywanych z pokładu samolotów badawczych, realizowanych m.in. w ramach projektów EUFAR oraz we współpracy z ośrodkami badawczymi takimi jak NCAR i CIRPAS. W badaniach tych wykorzystywany jest m.in. ultraszybki termometr samolotowy UFT własnej konstrukcji, umożliwiający pomiar fluktuacji temperatury we wnętrzach chmur z bardzo wysoką rozdzielczością przestrzenną.

Ważnym elementem infrastruktury obserwacyjnej jest także ogólnopolska Aerozolowa Sieć Badawcza Poland-AOD, monitorująca właściwości aerozoli atmosferycznych nad Polską, a także udział Instytutu w międzynarodowych sieciach pomiarowych EARLINET i AERONET. Szczególną rolę w systemie obserwacji atmosfery odgrywa warszawska platforma zdalnych pomiarów atmosfery WOS rozwijana w Laboratorium Pomiarów Zdalnych, która uzyskała status ACTRIS National Facility w ramach europejskiej infrastruktury badawczej ACTRIS. Istotnym wkładem Instytutu w rozwój geofizyki jest również pakiet numeryczny EULAG, szeroko wykorzystywany na świecie do modelowania dynamiki płynów geofizycznych, w szczególności przepływów atmosferycznych i oceanicznych. Rozbudowana infrastruktura pomiarowa Instytutu stanowi także zaplecze dla realizacji wspólnych projektów badawczych oraz rozwoju nowych technologii pomiarowych we współpracy z partnerami naukowymi i instytucjonalnymi.

Znaczenie prowadzonych badań

Prowadzone badania przyczyniają się do lepszego zrozumienia mechanizmów kształtujących klimat i środowisko atmosferyczne Ziemi. Rezultaty badań wykorzystywane są również w rozwijaniu metod monitorowania środowiska, analizie procesów klimatycznych oraz projektowaniu nowoczesnych technologii pomiarowych. Równolegle w Instytucie prowadzone są zaawansowane badania z zakresu optyki i fotoniki. Wpisują się one w światowy rozwój takich dziedzin jak nanofotonika, metamateriały czy optyka strukturyzowana, w których właściwości optyczne materiałów mogą być kształtowane poprzez ich strukturę w skali nanometrowej.

O aktywności naukowej świadczą również liczne inicjatywy podejmowane przez pracowników. Powstają nowe ośrodki badawcze, takie jak Centrum Doskonałości Strukturyzowanej Optyki Włóknistej i Aplikacji (SOWA), celem Centrum Doskonałości SOWA jest uzyskanie pozycji światowego lidera w badaniach, rozwoju i wytwarzaniu nanostrukturyzowanych światłowodów typu free-form, otwierających nowe możliwości w technologiach fotonicznych. Naukowcy Instytutu aktywnie uczestniczą nie tylko w samych konferencjach międzynarodowych, ale także w ich organizacji, m.in. European Lidar Conference 2025. Liczne uczestnictwo w konferencjach, seminariach i innych wydarzeniach naukowych stanowi ważną platformę wymiany wiedzy oraz prezentacji najnowszych osiągnięć badawczych.

Niemal wszystkie badania realizowane są we współpracy z renomowanymi instytucjami krajowymi i zagranicznymi. Wśród polskich partnerów znajdują się m.in.: Politechnika Warszawska, Instytut Oceanologii PAN, Instytut Geofizyki PAN, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej oraz Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu. Na świecie współpracujemy z instytucjami w Stanach Zjednoczonych (National Center for Atmospheric Research, Naval Research Laboratory, Scripps Institution of Oceanography University of California), Niemczech (Max Planck Institut für Meteorologie, Max Planck Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung, Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung), Wielkiej Brytanii (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts), Holandii (Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut) czy Rumunii (National Institute of R&D for OptoElectronics). Badania prowadzone w Instytucie Geofizyki Uniwersytetu Warszawskiego wpisują się w międzynarodowe programy obserwacji atmosfery oraz badań nad zmianami klimatu. Udział instytutu w międzynarodowych sieciach pomiarowych oraz projektach badawczych realizowanych we współpracy z renomowanymi ośrodkami naukowymi w Europie i Stanach Zjednoczonych sprawia, że jednostka stanowi istotny element europejskiej infrastruktury badawczej zajmującej się obserwacją atmosfery i środowiska