Zakład Fizyki Atmosfery, IGF FUW
Pogoda dziś lub jutro, krótkotrwałe wahania klimatu i jego radykalne zmiany – na wszystkie te procesy istotny wpływ mają zjawiska fizyczne zachodzące w atmosferze. W modelach pogody i klimatu największym źródłem niepewności są chmury i aerozole. To dlatego właśnie im przyglądamy się ze szczególną uwagą. Badania prowadzimy zarówno metodami teoretycznymi (głównie numerycznymi), jak i doświadczalnymi, w tym z użyciem własnych laboratoriów. Interesuje nas głównie mikrofizyka chmur, czyli zjawiska fizyczne zachodzące w małej skali przestrzennej, odpowiedzialne za powstawanie deszczu oraz zanik chmur.
Ze szczególną uwagą przyglądamy się fizyce zjawisk zachodzących na granicy między chmurą a czystym powietrzem, gdzie istotną rolę odgrywają procesy kondesacji, parowania oraz turbulencji i radiacyjnej wymiany energii. Badania realizujemy w komorze chmurowej oraz w warunkach naturalnych, podczas międzynarodowych kampanii pomiarowych z udziałem samolotów. Dane są zbierane m.in. za pomocą unikatowego, ultraszybkiego termometru (UltraFast Thermometer, UFT), opracowanego w naszym Instytucie. Przyrząd ten w czasie przelotu samolotem przez chmurę mierzy zmiany temperatury powietrza w jej wnętrzu z rozdzielczością sięgającą centymetrów.
Współczesne badania chmur nie są możliwe bez metod numerycznych i związanych z nimi narzędzi. Numerycznie rozwiązuje się równania opisujące procesy fizyczne zachodzące w skali od milimetrów (aktywacja, wzrost kondensacyjny oraz w wyniku zderzeń i zlepiania cząstek) do setek kilometrów (cyrkulacja globalna, propagacja fal i zaburzeń). W naszym Instytucie narzędzia numeryczne są używane i rozwijane od wielu lat. We współpracy z National Center of Atmospheric Research w Boulder w USA (NCAR)oraz Europejskim Centrum Modelowania Numerycznego ECMWF w Wielkiej Brytanii stosujemy i udoskonalamy m.in. znany wielu naukowcom model EULAG (Eulerian/semi-Lagrangian fluid solver) oraz Lagranżowski Model Chmurowy. W tym ostatnim przepływ w skali chmury, liczony metodą dużych wirów (Larrge-Eddy Simulation, LES), jest połączony z lagranżowskim opisem cząstek chmurowych.
Nasi naukowcy prowadzą również studia nad wpływem aerozolu atmosferycznego na system klimatyczny. Badamy, jak zmienia się strumień promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni w zależności od własności fizycznych aerozolu i jakie niesie to konsekwencje dla pogody i klimatu w Europie oraz w Arktyce. Prace te prowadzimy za pomocą aparatury in-situ oraz przyrządów teledetekcyjnych zainstalowanych w Laboratorium Transferu Radiacyjnego i Laboratorium Pomiarów Zdalnych. Dysponujemy m.in. unikatowym, wielokanałowym Lidarem PollyXT, wchodzącym w skład sieci pomiarowej EARLINET. Lidar ten dokonuje pomiarów aerozolu w bliskim i dalekim polu widzenia. Badania aerozolu na terenie Polski realizujemy z wykorzystaniem sieci Poland-AOD.Koncentrujemy się zwłaszcza na poznaniu własności optycznych aerozolu podczas warunków smogowych oraz w trakcie napływu zanieczyszczeń dalekiego zasięgu, emitowanych podczas pożarów biomasy lub burz piaskowych. Nasze zainteresowania są szerokie. Zajmowaliśmy się m.in. modelowaniem turbulencji czystego nieba, używając w tym celu danych zbieranych z komercyjnych samolotów transportowych. Z kolei we współpracy z Uniwersytetem Przyrodniczym w Poznaniu staramy się poznać powiązania między aerozolem atmosferycznym a produkcyjnością torfowisk.
Modelowanie teoretyczne i symulacje komputerowe pozwalają nam badać właściwości komet i planet Układu Słonecznego. W celu lepszego zrozumienia mechanizmów geofizycznych, działających we wnętrzach i na powierzchniach komet, w naszym laboratorium badamy eksperymentalnie analogi lodu kometarnego w warunkach bliskich próżni kosmicznej. Wyniki doświadczeń, w odpowiednio przystosowanej komorze próżniowej, w połączeniu z modelami teoretycznymi i symulacjami komputerowymi, pozwalają nam lepiej poznać środowisko komet. Za pomocą symulacji numerycznych modelujemy również procesy kondensacji i sublimacji lodu powierzchniowego i gruntowego na Marsie oraz topnienia lodu na jego powierzchni.
Jesteśmy jedyną jednostką dydaktyczną w Polsce kształcącą studentów studiów magisterskich zgodnie z zaleceniami Światowej Organizacji Meteorologicznej. Absolwenci prowadzonych przez nas kierunków są specjalistami dysponującymi umiejętnościami modelowania numerycznego procesów atmosferycznych (z zastosowaniami w numerycznej prognozie pogody i projekcjach zmian klimatu), zdolnymi do wiarygodnej interpretacji i przetwarzania danych pomiarowych zgromadzonych metodami zdalnymi i technikami in-situ, potrafiącymi korzystać z baz danych i specjalistycznego oprogramowania używanego do analizy i przetwarzania danych meteorologicznych.
W ramach Zakładu Fizyki Atmosfery działają następujące grupy badawcze:
- Aerozol atmosferyczny (dr hab. Iwona Stachlewska, prof. UW, dr hab. Krzysztof Markowicz, prof. UW) - w ramach grupy prowadzone są badania nad bezpośrednim wpływem aerozolu na system klimatyczny w oparciu o obserwacje i modelowanie transferu promieniowania krótko- i długofalowego w atmosferze. Badania własności optycznych i mikrofizycznych aerozolu atmosferycznego prowadzone są w oparciu o pomiary in-situ, metody zdalne oraz symulacje numeryczne.
- Dynamika chmur i turbulencja atmosfery (prof. dr hab. Szymon Malinowski) - w ramach grupy badana jest dynamika chmur w pełnym zakresie skal od ruchu pojedynczych kropelek, po dynamikę poszczególnych chmur i systemów chmurowych. Badania skoncentrowane są na zjawisku turbulencji atmosferycznej oraz nad związkami (bezpośrednimi i pośrednimi) turbulencji w chmurach i atmosferze z systemami pogodowymi oraz z cyrkulacją globalną.
- Mikrofizyka chmur (prof. dr hab. Hanna Pawłowska) - w ramach grupy badana jest mikrofizyka i dynamika chmur w pełnym zakresie skal czasowych i przestrzennych: od zjawisk zachodzących w skali pojedynczych cząstek (aerozoli, kropelek i kropel chmurowych) do zjawisk zachodzących w skali całej chmury.
Kierunki i specjalności studiów:
