СПбГУ

Санкт-Петербургский государственный университет

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

                                                   

Профиль - Спектроскопия и мониторинг атмосфер планет

    

 

 

 

 

 

  

   Данный профиль предназначен студентам, обучающимся по направлению "Прикладные математика и физика" и желающим приобрести знания и опыт приложений компьютерных и информационных технологий в областях молекулярной спектроскопии, физики атмосферы и мониторинга окружающей среды. Численное моделирование природных систем и долговременные непрерывные (в том числе и спектроскопические) измерения большого числа параметров физического состояния вещества, атмосферы, океана и суши требуются для изучения разнообразных физических процессов в оптических средах, в системе атмосфера - подстилающая поверхность, а также связанных с ними химических и биологических процессов; для анализа и прогноза погоды, изучения и предсказания изменений климата Земли, контроля состояния окружающей среды и рационального природопользования. Проблемы информационных технологий и экологического мониторинга включены в число приоритетных направлений развития науки и техники в большинстве стран мира. Поэтому, специалисты в этой области имеют хорошие перспективы для приложения своих знаний, как в России, так и за рубежом.    

Задачи исследования вещества и окружающей среды требуют развития и применения современных экспериментальных методов изучения влияния межмолекулярных взаимодействий на спектры и электрооптические свойства атомно-молекулярных систем. Такие методы включают дисперсионную, Фурье- и лазерную спектроскопию, а также динамическую рефрактометрию в инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра для сверхточного измерения контуров спектральных полос различной природы, релаксационных процессов и эффектов интерференции линий в колебательно-вращательных спектрах поглощения атмосферных и лабораторных газов. Молекулярная криоспектроскопия (низкотемпературная спектроскопия) жидких и твердых растворов в конденсированных газах позволяет исследовать ангармоничность колебательных состояний простых молекул, динамику и возмущения их внешних и внутренних степеней свободы с целью применений криоспектроскопии для анализа сверхчистых газов, применяемых в различных областях промышленности. Спектроскопия систем с водородной связью, кластеров и молекулярных комплексов в газовой и конденсированной фазах, а также соединений с водородной связью и донорно-акцепторными взаимодействиями имеет биологическое и фармацевтическое значение. Изучение энергетики, кинетических и спектральных характеристик реакций образования водородной связи и перехода протона проводятся методами инфракрасной, ультрафиолетовой и ЯМР-спектроскопии в средах различной полярности и в газовой фазе.

В связи с важностью проблемы, в современной физике атмосферы, океанологии, климатологии и геофизических науках оформилось новое самостоятельное направление исследований - мониторинг окружающей среды. Этот мониторинг включает не только разнообразные и многочисленные методы измерений и проблемы их оптимального использования, но также и численное моделирование состояния исследуемых объектов и систем, а также прогноз их будущего состояния. В систему современного мониторинга входят разнообразные компьютерные и информационные системы, обслуживающие наземные, самолетные, ракетные, космические методы измерений, а также численные модели, описывающие различные природные системы. Эти средства позволяют исследовать эволюцию экосистем как с помощью комплексных    экспериментов различного пространственного и временного масштабов, так и   путем численного моделирования, а также дать прогноз эволюции этих природных   систем   при различных сценариях развития событий, в частности, при различных антропогенных воздействиях.

Для успешной работы в области современной спектроскопии и мониторинга среды, помимо знаний компьютерных технологий, специалист должен знать и уметь практически использовать современную физику атмосферы и спектроскопические методы. Важный раздел физики атмосферы - гидродинамика атмосферы. Она рассматривает все известные типы движений сплошной среды - конвективные, волновые и случайные. Это связано с решением сложнейших задач вычислительной математики – разработкой и применением численных моделей атмосферных движений различных масштабов, начиная от турбулентных вихрей размером в доли миллиметра до циркуляции во всей планетной атмосферы. В ближайшие годы ожидается появление численных моделей, описывающих всю совокупность процессов от Солнца до планетарных экосистем. Решение этих задач необходимо для теории климата и прогноза погоды.

Следующим предметом спектроскопии и физики атмосферы является перенос электромагнитного излучения как коротковолнового солнечного, так и длинноволнового собственного теплового излучения атмосферы. Такие разделы физики атмосферы как физика аэрозолей и фотохимические процессы  позволяют понять особенности электрического состояния атмосферы, её состава и переноса солнечного излучения в атмосфере. Процессы в разреженной атмосфере на больших высотах характеризуются кинетикой  неупругих атомных, молекулярных и ионных столкновений, а также неравновесными свечениями верхней атмосферы, какими в частности являются полярные сияния.

Курсовые и выпускные работы будут выполняться под руководством профессоров и ведущих научных сотрудников кафедр молекулярной спектроскопии и физики атмосферы, имеющих   многолетний опыт активной научной и педагогической деятельности и   подготовивших   большое число кандидатов наук. Это профессора Ю.М. Тимофеев, К.Г. Тохадзе, М.О. Буланин, С.Ф. Бурейко, Н.М. Гаврилов, Г.С. Денисов, Л.С. Ивлев, Е.Ф. Михайлов, Н.Н. Филиппов, Г.М. Швед, доценты и научные сотрудники кафедр молекулярной спектроскопии и физики атмосферы.

Выпускники бакалавриата модуля "Спектроскопия и мониторинг атмосфер планет" могут продолжить образование на кафедрах молекулярной спектроскопии и физики атмосферы в рамках магистерских программ. Они также могут работать в различных институтах спектроскопического и геофизического профиля   (РАН,   Госкомгидромет,   Минприрода), а также в многочисленных организациях   экологического   направления.   Диплом бакалавра позволяет продолжить обучение в магистратуре СПбГУ и других университетах, в том числе за рубежом. В период обучения в бакалавратуре имеется   возможность   проходить стажировку в ряде западноевропейских университетов (Гамбург, Берлин, Гейдельберг, Бремен, Лейпциг и т.д.).

Направления научных исследований, соответствующие темам бакалаврских работ   охватывают широкий круг проблем прикладной спектроскопии и физики атмосферы, включая дисперсионную, Фурье- и лазерную спектроскопию, теорию переноса излучения и атмосферную оптику, молекулярную криоспектроскопию, динамику и энергетику системы атмосфера-подстилающая поверхность,  инфракрасную, ультрафиолетовую и ЯМР-спектроскопию, физику взаимодействия электромагнитного излучения с газово-аэрозольной средой и подстилающей поверхностью, теорию климата и атмосферную химию, математические аспекты решения обратных задач спектроскопии и атмосферной оптики,   технику эксперимента,    специализированное матобеспечение.

 

Результаты профильного обучения:

Самостоятельно и (или) в составе исследовательской группы применять методы физико-математического моделирования для задач мониторинга атмосфер Земли и других планет.

 

Описание области профессиональной деятельности выпускников:

Теоретические, численные и экспериментальные исследования состава атмосфер Земли и других планет, мониторинг и моделирование структуры, физических и химических процессов в атмосферах Земли и других планет.

 

Объекты профессиональной деятельности выпускников:

  • Термическая и ветровая структура и газовый и аэрозольный состав атмосферы Земли и других планет.
  • Численное моделирование  энергетических, динамических и электрических процессов  в атмосфере.
  • Системы атмосферного и экологического мониторинга.

 

Виды профессиональной деятельности выпускников:

  • Теоретические, численные и экспериментальные исследования атмосфер планет.
  • Спетроскопия высокого разрешения для атмосферных газов.
  • Моделирование и мониторинг атмосфер Земли и других планет.
  • Разработка и эксплуатация систем мониторинга атмосферы.
  • Разработка и использование методов ассимиляции информации мониторинга.

 

Описание задач профессиональной деятельности выпускников:

  • Численное моделирование энергетических и динамических процессов  в атмосфере Земли и других планет.
  • Численное моделирование полей излучения и решения обратных задач атмосферной оптики.
  • Интерпретация наземных, самолетных и спутниковых измерений характеристик полей излучения атмосферы Земли и других планет.
  • Разработка и совершенствование дистанционных методов измерений параметров атмосферы и поверхности планет.
  • Создание программно-математического обеспечения для моделирования и мониторинга атмосферы.
  • Создание баз данных параметров структуры и состава атмосфер Земли и других планет.

 


Ответственный за содержание: Начальник Учебного управления Д. В. Жуков. 
Предложения по внесению изменений можно направлять на адрес: d.v.zhukov@spbu.ru.

Поиск