Распространение оптических волн в атмосфере и лазерное и акустическое зондирование окружающей среды

Грант Президента РФ «Ведущие научные школы», 1996 г.

Зуев Владимир Евсеевич (1925-2003 гг.), д.физ.-мат.н., профессор, академик РАН, Герой Социалистического труда.

Зуев Владимир Евсеевич, д.физ.-мат.н., академик РАН, профессор, Герой Социалистического труда, лауреат Государственной премии СССР, лауреат премии Совета Министров СССР, Почетный член Американского оптического общества, Почетный гражданин г. Томска.

Матвиенко Геннадий Григорьевич, д.физ.-мат.н., с.н.с. – заслуженный деятель науки РФ.
Факультет, кафедра (лаборатория)

Радиофизический факультет, механико-математический факультет.

Сибирский физико-технический институт (СФТИ) при ТГУ.

Научно-исследовательский институт биологии и биофизики (НИИББ) при ТГУ.

29.31.15 – Излучение и волновая оптика.

29.33 – Лазерная физика.
По рубрикатору ВАК

01.04.03 – Оптика.

01.04.05 – Радиофизика.

25.00.29 – Физика атмосферы и гидросферы.

25.00.36 – Геоэкология.

03.00.16 – Экология.

511500 – Радиофизика.

190700 – Оптико-электронные приборы и системы.

511500 – Радиофизика.

Всего – 43, в том числе:

академиков и членов-корреспондентов РАН – 2,

заслуженных деятелей науки и лауреатов государственных премий – 2,

докторов наук – 15,

кандидатов наук – 26.

Банах Виктор Арсентьевич, д.физ.-мат.н., с.н.с.

Белов Владимир Васильевич, д.физ.-мат.н., с.н.с.

Землянов Александр Анатольевич, д.физ.-мат.н., с.н.с.

Зуев Владимир Владимирович, д.физ.-мат.н., чл.-корр. РАН.

Лукин Владимир Петрович, д.физ.-мат.н., профессор.

Развита теория нестационарного и нелинейного рассеяния лазерных импульсов фемтосекундной длительности на частицах аэрозоля.

Осуществлена ретроспективная реконструкция поведения общего содержания озона глубиной до 500 лет. Показана квазицикличность долгопериодных колебаний озоносферы, причем амплитуда спада общего содержания озона в последней четверти ХХ века не превышает амплитуды естественных колебаний в прошлом.

Разработан новый подход лазерного зондирования атмосферы с использованием интерферометра Фабри-Перо, обеспечивающий детектирование всего спектра комбинационных частот и позволяющий осуществлять круглосуточные измерения температуры и влажности в атмосфере.

Развита теория адаптивной додетекторной и последетекторной атмосферной коррекции изображения и лазерных пучков.

Созданы реальные модели пассивных и активных (в том числе стробируемых) оптических систем, кардинально улучшающие качество изображений.

Методами самолетного, шарпилотного лазерного и акустического зондирования обнаружено и изучено явление круговой циркуляции воздуха в котловине оз. Байкал, обусловливающее формирование тонкой структуры пограничного слоя атмосферы и накопление примесей на нескольких уровнях.

Разработана и экспериментально апробирована теория лазерного зондирования плотных сред (облака, морская вода), с использованием многократно рассеянного излучения.

Предложен, разработан и апробирован в численных и натурных экспериментах новый, устойчивый к шумам метод лидарного измерения скорости ветра.
Патенты

Россия №№ 2131590, 2191045, США № 5778019, Франция № 0012757.

Монографии – 11, учебники – 4, статьи – 328, в т.ч. в центральных журналах – 252.

1. 
   Balin Yu.S., Samoilova S.V., Krekova M.M., and Winker D.M. Retrieval of cloud optical parameters spacebased backscatter lidar data // Applied Optics. 1999. Vol. 38, № 30.
   
2. 
   Belov V.V. Statistical modeling of imaging process in active vision systems with gate-light detection // Appl. Phys. 2002. Vol. 75, № 45. P. 571575.
   
3. 
   Borovoi A.G. On the extinction of radiation by homogeneous but spatially correlated random medium: comment // JOSA, A. Vol. 19. P. 25172520.
   
4. 
   Lukin V.P., Fortes B.V. Adaptive formation of beams and images in the atmosphere // SPIE Press V. PM. 106, 2002. 218 p.
   
5. 
   Mattis I., Ansmann A., Althausen D., Jaenisch V., Wandinger U., Muller D., Arshinov Y., Bobrovnikov S., Serikov I. Relative-Humidity Profiling in the Troposphere with a Raman Lidar // Applied Optics-LP. 2002. Vol. 41, № 30. P. 64516462.
   
6. 
   Zuev V.E. Laser beam in the atmosphere. New York, Plenum Publishing Corporation, 1982, 503 p.
   
7. 
   Zuev V.V., Burlakov V.D., El'nikov A.V. Ten years (19861995) of lidar observations of temporal and vertical structure of stratospheric aerosols over Siberia // J. Aerosol Sci. 1998. Vol. 29, № 10, p. 1179-1187.
   
8. 
   Аксенов В.П., Банах В.А., Валуев В.В., Зуев В.Е., Морозов В.В., Смалихо И.Н., Цвык Р.Ш. Мощные лазерные пучки в случайно-неоднородной атмосфере // Томск: Изд-во «Спектр» ИОА СО РАН, 1998. 300 с.
   
9. 
   Астафурова Т.П., Гришин А.И., Зотикова А.П., Климкин В.М., Матвиенко Г.Г., Соковиков В.Г., Тимофеев В.И., Харченко О.В. Дистанционное исследование фотосинтетического аппарата растений методом индуцированной лазером флуоресценции // Физиология растений. 2001. Т. 48, № 4. С. 600605.
   
10. 
    Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Зуев В.Е., Кабанов А.М., Погодаев В.А. Нелинейная оптика атмосферного аэрозоля // Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 260 с.
    
11. 
    Гришин А.И., Матвиенко Г.Г., Романовский О.А., Харченко О.В Лидарные методы измерения метеорологических величин и их аппаратурная реализация // Метеорология и гидрология. 2001. № 4. С. 8796.
    
12. 
    Зуев В.В., Ельников А.В., Бурлаков В.Д. Лазерное зондирование средней атмосферы // Томск: «РАСКО», 2002. 352 с.
    
13. 
    Зуев В.Е., Балин Ю.С., Матвиенко Г.Г., Тихомиров А.С., Шаманаев В.С. Лидарные исследования облачных полей и подстилающей поверхности из космоса // Оптика атмосферы и океана. 1997. Т.10, № 45. С. 485499.
    
14. 
    Зуев В.Е., Белов В.В., Веретенников В.В. Теория систем в оптике дисперсных сред. Томск: Изд-во «Спектр» ИОА СО РАН, 1997. 402 с.
    
15. 
    Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. М.: Советское радио, 1970. 496 с.
    
16. 
    Копытин Ю.Д., Антипов А.Б., Исакова А.И., Носов В.В., Самохвалов М.А., Чистякова Л.К. Дистанционные методы прогноза нефтяных, рудных и техногенных аномалий по геоатмосферным проявлениям. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2001. 313 с.
    
17. 
    Современные проблемы оптики атмосферы / Под общей ред. акад. В.Е. Зуева. Л.: Гидрометеоиздат, Т.1Т.8, 19861992, Томск: Изд-во «Спектр» ИОА СО РАН, Т. 9, 1996.
    

научно-технических программах

федеральных – 5:

ГНТП «Глобальные изменения природной среди и климата» – 1,

ГНТП «Физика квантовых и волновых процессов» – 1,

ФЦНТП «Уникальные стендовые установки» Минпромнауки РФ – 1,

ФЦП «Интеграция» – 2.

Международных – 4:

ИНТАС (01-0239) – 1,

SRDF (RG2-2357-ТО-02) – 1,

Европейская программа GMES (Германия) – 1,

Программа сотрудничества СО РАН с НАН (Беларусь) – 1.

Южная Корея – 1, Германия – 3, Швейцария – 1, Китай – 1.

РФФИ.
Подготовка кадров высшей квалификации за последние девять лет

Всего аспирантов – 55, из других вузов – 12.

Всего докторантов – 12, из других вузов – 8.

Защит докторских – 7. Защит кандидатских – 14.
Общественное признание научно-педагогического коллектива
Международные и государственные премии, научные медали

Международная награда «Компас» Американского общества по морским технологиям (Зуев В.Е., 1996).

Государственная премия СССР (Зуев В.Е., Копытин Ю.Д., Зуев В.В., 1982).

Премия Совета Министров СССР (Зуев В.Е., 1979).

Медаль «2000 Millennium Medal of Honor» Американского биографического института (Зуев В.Е., 2000).

Золотая книга Международной комиссии по оптике (Лукин В.П., 2002).

Медаль им. Галилео Галилея Международной комиссией по оптике (Лукин В.П., 2000).

Премия Томской области в сфере образования и науки научный коллектив Института в составе 12 сотрудников  за цикл работ «Развитие физических основ и применений оптических методов для изучения окружающей среды» (Г.Г. Матвиенко, Балин., В.А. Банах, В.В. Белов., Землянов, Б.В. Кауль, 1999).

Государственные научные стипендии для выдающихся ученых – 5 (Матвиенко Г.Г., Белов В.В., Землянов А.А., Лукин В.П, Панина Е.К., 20002003).

Медаль Федерации космонавтики РФ – 24 сотрудника (6  1998, 4  1999, 4 – 2000, 5  2001, 5  2002).

Медали и дипломы выставок – 46 (в т.ч. 2 золотые и бронзовая медали на Международной Лейпцигской ярмарке, 11 бронзовых медалей на Всесоюзной выставке достижений народного хозяйства).

За последние 5 лет получены дипломы, медали за участие в 8 отечественных и международных выставках.
Членство в различных российских и зарубежных научных организациях

Зуев В.Е. – Американское физическое общество, Американское оптическое общество, Научный совет РАН по программе «Экологическая безопасность России», Научный совет РАН по комплексной проблеме «Оптика», Научный совет РАН по проблеме «Спектроскопия атомов и молекул», Научный совет по космосу РАН, Объединенный Ученый совет СО РАН по физико-техническим наукам.

Матвиенко Г.Г.– Научный совет РАН по комплексной проблеме «Распространение радиоволн», Объединенный Ученый совет СО РАН по физико-техническим наукам.

Лукин В.П. – Американское оптическое общество, Американское общество SPIE, Европейское оптическое общество.

Белов В.В. – Американское оптическое общество, Американское общество SPIE, Федеральный реестр экспертов научно-технической сферы, Координационный совет по аэрокосмическому мониторингу окружающей среды и природных ресурсов Томской области, Научно-координационный совет программы «Информационные и телекоммуникационные ресурсы СО РАН».

Банах В.А. – Научный совет СО РАН по проблеме «Окружающая среда».

Аршинов Ю.Ф. – Американское оптическое общество, Международный комитет по лазерному зондированию.

Ростов А.П. – Американское общество SPIE.

Шаманаева Л.Г. – Российское акустическое общество.

Землянов А.А.  Объединенный Ученый совет СО РАН по физико-техническим наукам.

Заслуженный деятель наук РФ – Матвиенко Г.Г. (2000), Белов В.В. (1997).

Институт оптического мониторинга СО РАН – совместная научная работа и подготовка кадров с момента создания институтов,

Институт физики атмосферы РАН, совместные исследования, экспедиции (более 10 лет)

Институт лазерной физики СО РАН  совместные исследования, хоздоговоры, совместные разработки (более 5 лет),

Институт солнечно-земной физики СО РАН  совместные экспедиции, проекты, исследования, проведение международных симпозиумов (более 15 лет),

Институт леса СО РАН им. В.Н. Сукачева  совместные исследования в области спутникового зондирования окружающей среды, совместные проекты (более 5 лет),

Институт космофизических исследований и аэрономии СО РАН  совместные разработки, исследования, хоздоговоры (более 5 лет),

Институт полупроводников СО РАН  хоздоговоры более 10 лет),

КТИ прикладной микроэлектроники СО РАН  сотрудничество в области создания новых оптико-электронных систем с 2001 г. (договоры о сотрудничестве, хоздоговоры),

КТИ научного приборостроения СО РАН  сотрудничество более 10 лет (совместные разработки, хоздоговоры).

Сибирская государственная геодезическая академия (Институт оптики и оптических исследований) - хоздоговоры, совместные экспедиции (более 10 лет).

НПО Измерительной техники (г. Королев)  хоздоговоры, совместные теоретические и экспериментальные исследования, с 2003 г.

Институт прикладной геофизики Росгидромета (г. Москва), хоздоговоры, сотрудничество более десяти лет.

Научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа (г. Томск) - сотрудничество более 5 лет, хоздоговоры.

Российский НИИ космического приборостроения (г. Москва), сотрудничество в области обработки спутниковых данных (с 2001 г.).

Томский государственный университет  сотрудничество более 30 лет в области подготовки кадров, выполнения хоздоговорных НИР, создания филиалов кафедр, межведомственных лабораторий, выполнения федеральных целевых программ, проведение международных конференций и школ.

Томский университет систем управления и радиоэлектроники  сотрудничество более 30 лет в области подготовки кадров, выполнения хоздоговорных НИР, создания филиалов кафедр.

Томский политехнический университет  сотрудничество более 30 лет в области подготовки кадров, выполнения хоздоговорных НИР, создания филиалов кафедр.

Московский государственный университет  совместные исследования, стажировки, подготовка кадров (более 15 лет).

Алтайский государственный университет (г. Барнаул)  совместные исследования в области дистанционного зондирования окружающей среды (более 15 лет).

Академия ВВС им. Жуковского  сотрудничество более 15 лет, хоздоговоры, совместные исследования.
Деятельность научно-педагогического коллектива в области
Организации специальных школ

Международная школа молодых ученых и специалистов «Физика окружающей среды» (раз в два года).

Международный симпозиум-школа по молекулярной спектроскопии высокого разрешения (раз в три года).
Создания новых учебных дисциплин

Системный анализ атмосферно-оптических каналов мониторинга окружающей среды.

Оптические методы измерений в экологии.

Физические основы оптической диагностики окружающей среды.

За последние 5 лет разработаны 14 программ к учебным курсам.

Ежегодный Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана» с 2000 г., «Оптика атмосферы и океана. Атмосферная физика» (проведено  15).

Совместно с ТГУ проведено две международных конференции («Сопряженные задачи механики и экологии», 2002 г., «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия», 2003).
В других областях

Руководитель школы акад. В.Е. Зуев широко известен научной общественности как создатель одного из самых мощных и комплексных институтов в мире, выполняющих комплексные фундаментальные и прикладные исследования в области атмосферной оптики. Неоценим его вклад в развитие академической науки в г. Томске.

С именем руководителя этой научно-образовательной школы акад. В.Е. Зуевым связаны еще две известные в стране научные школы. Это школа чл.-корр. РАН С.Д. Творогова (НШ 373.2003.5) и чл.-корр. РАН М.В. Кабанова (НШ-1008.2003.5). Это два ученика акад. В.Е. Зуева, для которых он был преподавателем и руководителем еще в их студенческие годы и с которыми работал всю свою жизнь в Сибирском физико-техническом институте, затем в Институте оптики атмосферы СО РАН. В состав этих школ входят ведущие научные сотрудники Института оптики атмосферы в области спектроскопии, оптики аэрозоля и физики атмосферы, а так же известные профессора, доценты вузов г. Томска, чья научно-образовательная деятельность формировалась под руководством акад. В.Е. Зуева.

По инициативе акад. В.Е. Зуева и при участии учеников его школы с 1988 г. на русском, а с 1999 г. и на английском языках издается журнал Российской академии наук (ранее Академии наук СССР) «Оптика атмосферы и океана» (до 1992 г.  «Оптика атмосферы»). Ежегодно выпускается 12 номеров журнала. Английская версия журнала с 1989 г. издается и распространяется (с 1991 г.) за рубежом без участия посреднических структур. Журнал является центральным в России, в котором комплексно рассматриваются вопросы взаимодействия оптического излучения с рассеивающими и поглощающими аэрозольно-газовыми и водными средами.

Признанием высокого научно-образовательного уровня школы академика Зуева В.Е. и школ его учеников является то, что решениями ВАК СССР (затем Российской Федерации) при Институте оптики атмосферы действует с 1983 г. специализированный совет по защите докторских и кандидатских диссертаций. По физико-математическим и техническим наукам по специальностям (с 2001 г.) «Оптика» (01.04.05) и «Физика атмосферы и гидросферы» (25.00.29).

Результаты фундаментальных и прикладных исследований сотрудников школы акад. В.Е. Зуева востребованы и находят применение для решения разнообразных практических задач. Один из таких примеров - создание и эксплуатация с 1998 г. новой наукоемкой технологии мониторинга и раннего обнаружения лесных пожаров на территории Томской области на основе тематической обработки спутниковых данных.

Материально-техническая база, имеющаяся в распоряжении коллектива, включает в свой состав производственные площади, приборы и оборудование для лабораторных и натурных исследований Отделения распространения волн, лабораторий Отделения оптической диагностики окружающей среды Института оптики атмосферы СО РАН, кафедр оптико-электронных систем и дистанционного зондирования РФФ ТГУ, космической физики и экологии РФФ ТГУ, межведомственная лаборатории моделирования и прогноза природных и техногенных катастроф им. Академика Н.Н. Яненко (ТГУ, ИОА).

В состав оборудования входят:

аэрозольные камеры : 1) диаметр 4 м, длина 10 м; 2) диаметр 10 м, длина 26 м для генерации аэрозолей в модельных условиях; многоходовые абсорбционные вакуумные кюветы: 1) диаметр 1 м, база 30 м; 2) диаметр 0.6 м , база 110 м для исследований слабых спектров поглощения при различных давлениях, температурах и газовых смесях, характерных для реальной атмосферы на высотах от 0 до 30 км;

самолет-лаборатория «Оптик-Е», оснащенный современной аппаратурой, обеспечивающей получение данных о распределении и концентрации полного набора атмосферных характеристик как естественного, так и антропогенного происхождения на высотах до 8 км;

центр приема и обработки спутниковых данных на основе станции СканЭкс; метеорологические акустические локаторы «Звук-2», «МАЛ-2» для исследования ветра и температуры в пограничном слое атмосферы;

автоматизированный комплекс акустических метеостанций для измерения метеорологических и турбулентных характеристик атмосферы; экспериментальный комплекс для полигонных измерений распространения оптического излучения и акустических волн в атмосфере с аппаратурой метеосопровождения;

лабораторный стенд для моделирования турбулентности и изучения распространения оптических волн.

634050, Томск, пр. Ленина, 36, ТГУ, РФФ.