Выдающийся ученый в области физического материаловедения, физики и механики деформируемого твердого тела, академик РАН, профессор, доктор физико-математических наук, научный руководитель Института физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук.

Впервые с единых позиций рассмотрены вопросы формирования новой науки о материалах - материалогии. В отличие от других учебных пособий и учебников в предлагаемой работе на базе единой концептуальной основы последовательно рассматриваются основные разделы материалогии - состав, структура, свойства материалов, разработка, получение и обработка начиная с минерального сырья и до готового изделия. Изложение и обоснование новой науки ведется через рассмотрение развития наук о материалах с древнейших времен и до настоящего времени с использованием исторического и системного подходов, что позволяет показать векторы развития наук о материалах и необходимость создания интеграционной науки - материалогии. Излагается новая концепция изучения науки о материалах, основанная на предложенных авторами собственных определений материалогии и ее классификации, а также на учении Т. Куна о смене парадигм в развитии науки и синергетики, используется исторический подход к рассмотрению развития материалогии как последовательного изменения ее парадигм. Авторы предприняли попытку системно изложить собственное видение смены основных этапов, которые происходили и происходят ныне в науке о материалах, и необходимости на данном этапе создания интеграционной науки - материалогии. Становление и развитие науки прослеживается как непрерывный процесс познания структуры вещества и материала, физико-химических основ их получения и обработки, направленных на создание материалов с заданными свойствами на основе достижений физики и химии твердого тела, материаловедения. металлургии и технологии материалов. Издание предназначен для студентов, аспирантов, обучающихся по направлениям "Материаловедение и технология новых материалов", "Физико-химические методы исследования процессов м материалов" и может быть использовано инженерами, научными сотрудниками и преподавателями.

Приведены краткие сведения и технические характеристики приборов, устройств. систем и комплексов. которые создавались в ИОМ СО РАН в течение 30 лет для исследования оптико-метеорологических параметров атмосферы и могут быть использованы в задачах экологического и метеорологического мониторинга окружающей среды. Рассмотрены проблемы. связанные с метрологическим обеспечением создаваемых приборов и методик выполнения измерений.

Обобщены результаты научных исследований и разработок, выполненных в ИОМ СО РАН за 30-летний период, по развитию технических средств и технологий лазерного и акустического зондирования окружающей среды, перспективных с точки зрения дистанционности и оперативности при определении профилей аэрозольных загрязнений и метеорологических величин, а также мониторинга пространственно-временных вариаций их полей. Представлены созданные в Институте наземные, самолетные и космические лидары для зондирования атмосферы и подстилающей поверхности и технологии их применения и проектирования. Рассмотрены направления проводимых в Институте работ по акустическому зондированию атмосферного пограничного слоя и достижения по созданию новых технических средств и технологий для этих целей. Представлены результаты применения созданных технических средств и технологий акустического зондирования для мониторинга атмосферного пограничного слоя и распространения звука в нем.

Обсуждаются новые методы и некоторые результаты анализа природно-климатических изменений в Сибири по данным наблюдений на гидрометеорологической сети. На основании закономерностей, выявленных за период инструментально наблюдаемых региональных изменений, названных современными, анализируются задачи по развитию методологии и техники мониторинга природно-климатических систем и процессов, определяющих эволюцию их состояний. оцениваются итоги научно-исследовательских и конструкторско-технологических работ Института оптического мониторинга СО РАН с позиций его основного научного направления.

Представлены пути коммерциализации разработок в академическом институе. Проанализировано состояние инновационной деятельности в ИХН СО РАН.

Обсуждается состояние проблемы определения амплитуды и фазы сигнала применительно к анализу полосчатых картин типа интерферограмм. Выделены две задачи, имеющие как теоретическую. так и практическую значимость: условия существования двухполосного спектра у действительного сигнала и оптимальное вычисление преобразования Гильберта. Приводятся конструктивные результаты.

Рассматриваются методологические аспекты проблемы спонтанной самоорганизации систем различной природы: неопределенность и упорядоченность в их развитии, целесообразность развития и закономерное стремление систем к равновесию. Предложено общее уравнение закономерности и прослеживается ее проявление в формировании различных систем: планет, почвогрунтов, поймы рек, морских и озерных берегов, биологических, социально-экономических и технических. Анализируются особенности саморегуляции систем различной природы.

Лесоболотные экотоны, отражающие тенденции процесса заболачивания, рассматриваются как части ландшафтной структуры территории. Закономерности трансформации компонентов экотонов есть и следствие пространственного взаимодействия лесных и болотных систем. и условие их воспроизводства. Это "глобальное" свойство экотонов - воспроизводство в строении функциональных связей и отношений - позволяет провести их типизацию и использовать совместно с болотными критериями для экологического прогноза интенсивности заболачивания конкретных территорий.

В течение последних нескольких десятилетий наблюдается смещение к полюсу таких элементов общей циркуляции атмосферы, как ячейка Гадлея и штормтреки. На основе результатов численного моделирования динамики климата с использованием идеализированной модели климатической системы показано, что тенденция к смещению штормтреков Северного полушария в условиях потепления климата (по сценарию RCP-8.5) к полюсам будет продолжаться. Обсуждаются также другие особенности динамики общей циркуляции в условиях меняющегося климата, обнаруженные в ходе численного эксперимента.

Проанализирована динамика температуры по актуальным данным со станций Алтайского региона. Проведенное исследование показало, что изменения климатических характеристик в регионе происходят синхронно. Синхронность в изменении составляющих температурных рядов на всех рассмотренных станциях характеризуется высокой связностью каждой из составляющих с соответствующим типовым полем. Выявлено, что часть изменчивости рядов температуры, описываемая скрытыми периодичностями, составляет в среднем 1,3%, что гораздо больше влияния трендов, которое для большинства станций не превышает 0,3%. Наибольший вклад в изменения температуры в Алтайском регионе вносят гармоники с периодом 20 лет (средние годовые), 40 и 9 лет (зимние), 18 лет (летние), 5-8 лет (осень, весна). Получен долгосрочный прогноз изменения температуры воздуха в регионе до 2030-х гг.

Полагается, что внешнее вынуждающее воздействие синхронизирует природно-климатические процессы и проявляется в сходстве их существенных признаков. Вводятся ортогональные составляющие процессов, отличающиеся совпадением и несовпадением существенных признаков. Отношения между составляющими можно интерпретировать как приток энергии от Солнца и как сток энергии. Для вычисления составляющих разработаны алгоритмы на основе преобразования Фурье в базисе тригонометрических функций. Теория применена для декомпозиции рядов чисел Вольфа и температуры с 818 метеостанций Северного полушария Земли в интервале с 1955 по 2010 г. Новый подход характеризует проявления вынуждающей силы и соответствует известным представлениям о природно-климатических процессах, поэтому является информативным, непротиворечивым и пригодным для анализа рядов наблюдений.

Описаны два варианта мощных акустических излучателей на основе антенных решеток. Максимальный уровень достигаемого звукового давления в слышимом диапазоне частот составляет 145 и 155 дБ/1м. Излучатели могут быть использованы в научных экспериментах и для передачи звука на расстояния 1-1,5 км.

Рассмотрены вопросы распространения звуковых волн над земной поверхностью Даны формулы для расчета ослабления звука, вызванного наличием подстилающей поверхности. Приведены различные модели импеданса подстилающей поверхности. Показаны результаты теоретических расчетов ослабления звука при его распространении над различными типами подстилающих поверхностей. Проанализировано влияние геометрии распространения звука на его характеристики.

Проведенные мини-содаром измерения профилей скорости ветра в слое 20-200 м показали на его большую эффективность в контроле тонкой структуры атмосферного пограничного слоя (АПС), выявления струйных течений и обнаружении сдвига ветра. Анализ результатов измерений высотных профилей вектора скорости ветра и его вертикального и горизонтального компонентов показал, что аналитические аппроксимации вертикального профиля горизонтальной скорости ветра возможны для нейтральной и неустойчивой стратификаций атмосферы. Довольно хорошо они описываются логарифмическим законом. Найдены константы аппроксимации и оценены погрешности их использования. Установленные физические закономерности п полученные константы для горизонтальной и вертикальной компонент скорости ветра позволяют описывать их почасовую дневную динамику и могут быть рекомендованы для использования в моделях АПС при проведении прогностических расчетов. Векторное представление позволяет визуализировать пространственно-временную динамику поля ветра в атмосферном пограничном слое, в частности оценить форму, размеры струйных течений и сдвига ветра в нем.

Исследованы особенности динамики сезонномерзлого слоя по среднесуточным данным температуры почвы на метеостанции Бакчар за период с 1963 по 2011 г. и показана связь характеристик сезонного промерзания с температурой воздуха и динамикой снежного покрова.

Анализируются эмпирические данные, касающиеся роли таких региональных климаторегулирующих факторов в Западной Сибири, как орографический и арктический, факторы Сибирского максимума (антициклона) и болотных систем. Влияние орографического фактора, обусловленного наличием Уральских гор с запада и Среднесибирского плоскогорья с востока. а также прилегающими реками Обь и Енисей с их поймами, приводит к воздействию на воздушные потоки в нижней тропосфере, вследствие чего в зимние месяцы широтная зональность изотерм приближается к меридиональной. Влияние арктического фактора в Западной Сибири связано преимущественно с Карским морем, ледовое покрытие которого обусловлено режимом атмосферной циркуляции и океанических течений в Северном ледовитом океане. Влияние Сибирского максимума с центром в Горном Алтае, включая Монгольский Алтай, вызвано блокированием зонального переноса в Западной Сибири и даже за ее пределами. В частности, не исключается, что наблюдаемые в последние годы в Карском море тренды к потеплению связаны не только с изменениями океанической циркуляции, но и с влиянием Сибирского максимума, изменяющего меридиональный температурный градиент и режим атмосферной циркуляции в нижней тропосфере. Роль болотных систем зависит от особенностей изменения температурного режима на их территории за счет теплофизических свойств торфяных залежей и гидрологического режима, что определяет уменьшение амплитуды колебаний среднемесячных температур на 7% по сравнению с таковой для прилегающих территорий. Особая роль фактора болотных систем состоит также в регулировании углеродного баланса вследствие стока и эмиссии таких парниковых газов, как углекислый газ и метан. Результаты анализа позволяют обосновать необходимость учета этих факторов при мониторинге и моделировании глобальных и региональных климатических или экосистемных изменений.

В результате статистического анализа накопленных в мировой сети инструментальных данных выявлены закономерности наблюдаемых климатических и экосистемных изменений в Сибирском регионе. Показано, что потепление в Сибири за последний климатический (30-летний) период характеризуется неоднородной субрегиональной структурой с мезомасштабными очагами ускоренных темпов потепления до 0,5С/10 лет. Тренды приземного атмосферного давления за тот же период имеют менее контрастную субрегиональную структуру с уменьшением среднегодового давления до 0,2-0,4 Гпа/10 лет.Во временной изменчивости климатических параметров за прошедшее столетие по результатам вейвлет-анализа выделены масштабы периодичностей в 10-12 и в 30-50 лет. По вейвлет-спектрам для приземной температуры Западной Сибири и индекса Северо-Атлантического колебания выявлена их корреляционная связь в 1940-1990 гг. с временным сдвигом до семи лет в отдельные годы. Этот климатический феномен объясняется возможными инерционными механизмами океанического переноса тепла.По результатам анализа наземных и аэрокосмических инструментальных наблюдений обсуждаются климатические эффекты сибирских болот (на примере Большого Васюганского болота).

В статье приведены результаты корреляционного анализа временных рядов общего содержания озона и приземного уровня биологически активной УФ-В солнечной радиации на длине волны 305 нм для регионов Канады в умеренных (выше 50 с.ш.) и полярных широтах.Показано, что, несмотря на метеорологические и геофизические различия регионов и модулятором изменчивости биологически активной части спектра служит озоносфера.Выявлена высокая степень корреляции временных рядов межсуточной и среднемесячной изменчивости коротковолновой УФ-В радиации, в том числе для вегетационного периода, с колебаниями ОСО, что позволяет при отсутствии статистически обеспеченных рядов радиационных наблюдений в качестве альтернативной замены использовать временные ряды ОСО в любых регионах циркумполярной зоны.

Проблемы экосистемных изменений и организации цикла средообразующих климатообразующих процессов исследованы в рамках системно-эволюционной методологии на основе совместного анализа сопряженных изменений сред, компонентов геосферы и межсистемных отношений в региональной природно-климатической системе. Выявлена климатические значимая роль подвижных циклонов и получены количественные оценки их вклада в изменение характеристик климата Западной Сибири. Условно обратимые преобразования экосистема вызывают межгодовые и условно обратимые многолетние изменения характеристик регионального климата.Направленность и характер эволюционно значимых изменений биосистем, в том числе и биоценозов, определяются их отношениями в рамках многоуровневой иерархии природно-хозяйственных и биоклиматических отношений. Сокращение биомассы и продуктивности биоценозов, уменьшение биоразнообразия свидетельствуют о нарушении естественных процессов экстенсивного развития сообществ организмов в биосфере.

Приведены общие орехопродуктивные и доступные для орехопромысла площади кедровых лесов по субъектам Сибирского федерального округа. Показаны возможные объемы заготовок кедрового ореха и мероприятия по снижению рисков побочного пользования.

Рассматриваются причины и условия формирования западин, приводится их гидрологическая типизация. Моделируется многолетняя изменчивость гидрологического режима. свойственная западинному рельефу. Показано, что водный режим западин определяется всей совокупностью факторов формирования стока. делаются выводы об особой роли воронкообразных западин в питании грунтовых вод.

Предложены уравнения для определения параметра ландшафтных условий стока. Данный параметр используется в методе гидролого-климатических расчетов (ГКР) для оценки элементов водного баланса.

При наблюдениях за фазовым состоянием конденсированных сред и метеорологическими условиями обнаружен эффект их синхронного изменения. Обнаруженный эффект открывает новые возможности для инструментального контроля изменений метеоусловий, включая экстремальные, а также для выявления возможных общих факторов, вызывающих эти изменения.

Предложен метод акустического зондирования внешнего масштаба динамической турбулентности. При интерпретации данных зондирования использовался разработанный авторами адаптивный алгоритм. Работоспособность предложенного метода подтверждается сравнением полученных результатов с имеющимися в литературе данными.

Предложен новый подход к восстановлению фазы из интерферограммы, заключающийся в применении классического метода прослеживания интерференционных полос. но на выборке, в которой интерференционные полосы меняют число и ориентацию. Восстановленные из отдельных интерферограмм волновые фронты усредняются, и по полученной оценке судят о качестве контролируемой поверхности. Усреднение фазы из нескольких интерферограмм позволяет понизить дисперсию ошибки восстановления фазы, вызванную не только случайным шумом, но и неравномерностью покрытия апертуры интерференционными полосами, и неоднородностью источника света. Результаты проведенных модельных экспериментов показывают перспективы применения интерферометрии в нанометрологии высококачественных оптических элементов.

Техногенное геохимическое преобразование атмосферного воздуха урбанизированных территорий - один их актуальных вопросов современной экологии. Наиболее чутким, доступным и достоверным индикатором уровня загрязнения атмосферного воздуха и площади распространения потоков загрязняющих веществ в условиях города является снеговой покров.

Предложен способ определения общего балла облачности по цветным панорамным изображениям всего небосвода путем анализа цветовых составляющих каждой точки изображения с использованием RGB-модели синтеза цвета. Точке исходного изображения присваивается значение "синева неба", если значение ее синей составляющей больше значения и красной и зеленой составляющих. И наоборот, значение "не синева неба" присваивается тем точкам, у которых значение синей составляющей ниже, чем значение или красной или зеленой составляющих Общий балл облачности определяется как относительное количество точек изображения, которым присвоено значение "не синева неба".Проведено сравнение значение общего балла облачности, полученных визуальным способом по данным метеообсерватории ИМКЭС СО РАН и с помощью программы "Синева", реализующей предлагаемый способ.

Детально изучены два торфяных разреза олиготрофного грядово-озерного комплекса южнотаежного болота Иксинского. Выполнены анализы ботанического состава, степени разложения, зольности и плотности торфа, численности диатомовых водорослей. Датированы 14 проб торфа. Проведена реконструкция фитоценозов и водных режимов. Предложена методика повышения качества хронологии торфонакопления с учетом его перерывов, использованием скорости аккумуляции торф соседних слоев-аналогов, радиоуглеродных дат-аналогов, синхронизации торфяных разрезов по сходным стадиям водного режима. На основе системно-эволюционного методического подхода и индикаторов палеокриогенных процессов обнаружены многочисленные нарушения эндогенного развития, обусловленные совместным влиянием континентального климата и значительной дифференциации микрорельефа минерального дна, сложенного карбонатными суглинками. Выявлено формирование комплексности и гетеротрофности уже на стадии заболачивания; частые (вековые и внутривековые) резкие смены растительных сообществ и водного режима, значительные колебания уровней болотных вод; псевдоинверсии на более минеротрофную стадия развития; длительное сохранение комплексности; типовое и фитоценотическое разнообразие комплексов; преобладание топяных и топяно-озерных комплексов; блоковый характер торфонакопления, неоднократные перерывы в аккумуляции торфа из-за формирования вторичных озер во влажные потепления, многолетнемерзлых бугров пучения в сухие похолодания, вторичных термокарстовых озер в периоды последующих потеплений. Отмечено преобладание климатические обусловленных стадий развития, многократное влияние палеокриогенных процессов, максимальное влияние на функциональное состояние болот холодных сухих и влажных периодов. Это подтверждает наличие в лесной зоне Западной Сибири, наряду с эндогенным типом болотообразовательного процесса, регионального, климатически обусловленного типа. Чуткий отклик изученного типа комплекса позволяет создавать высокоразрешающие реконструкции и прогнозы как функционального состояния болот, так и климата.

Представлены результаты анализа динамики показателей экстремальности климата на территории Западной Сибири. Для вычисления индексов использованы суточные данные 75 метеорологических станций Западной Сибири за период 1961-2013 гг., который для оценки тенденций был разделен на два интервала: 1961-1980 и 1991-2013 гг.Выявлены уменьшение частоты холодных дней и ночей за период 1991-2013 гг. по сравнению с периодом 1961-1990 гг., значимое лишь на нескольких станциях. и увеличение теплых экстремальных температурных показателей, значимое на большей части территории. Изменения от периода к периоду индексов экстремальности осадков неравнозначны и разнонаправлены в различных частях Западной Сибири. В северной части рассматриваемой территории произошло уменьшение числа дней с осадками различной интенсивности на 1-2 дня. Южная территория характеризуется ростом на 1-2 дня числа дней с осадками различной интенсивности. Изменения в динамике индексов экстремальности осадков в среднем от периода к периоду в большинстве случаев незначимы. что может быть связано отчасти с редкой наблюдательной сетью, особенно севернее 60-го градуса широты, и что подтверждает необходимость ее оптимизации. Наиболее успешно эта проблема может быть решена за счет использования автоматических автономных измерительных установокПрименение компонентного анализа для оценки синхронности изменения температурных критериев по территории показало их высокую пространственную согласованность, что может быть обусловлено вкладом крупномасштабных процессов в динамику показателей экстремальности температурного режима. Компонентный анализ динамики экстремальных осадков показал несогласованность его изменений в пределах территории исследования. что подтверждает существенное влияние местных факторов на режим осадков.

Исследованы вариации градиента потенциала приземного электрического поля в приземном слое атмосферы во время прохождения кучево-дождевых облаков (Cumulonimbus, Cb). Всего рассмотрено более 450 случаев. Предложена методика выделения структурных элементов вариаций градиента потенциала. обусловленных прохождением Cb, и проведена формализация вариаций, в ходе которой выявлены основные типы изменения градиента потенциала электрического поля. Для каждого из выделенных типов вариаций определены параметры, характеризующие вариации градиента потенциала в целом и его структурных элементов. Найдены связи между характерными особенностями выявленных типов вариаций градиента потенциала и Cb-различного происхождения, находящихся на разных этапах своего развития.