1.1. Проведення вимірів та моніторингу за програмою Всесвітньої метеорологічної організації.

Цей напрям передбачає жорстко стандартизовану процедуру збору та оформлення результатів спостережень за основними метеорологічними параметрами, зокрема, вимірювання загального вмісту озону в атмосфері. Антарктична станція «Академік Вернадський» має одні з найдовших рядів таких спостережень в Антарктиці (понад 70 років), тому її дані є цінними для відстеження змін клімату і потребують значної уваги до контролю якості та забезпечення безперервності.

Стандартні метеорологічні спостереження в оперативному режимі використовуються для розрахунку прогнозів погоди у світових центрах обробки метеорологічної інформації. 2020 року було узгоджено участь НАНЦ в міжнародному проєкті «Year of Polar Prediction», яким передбачається розширення програми стандартних спостережень на станції з 2022 р., а також тестування можливості використання новітніх типів інформації для покращення прогнозів погоди. Для підтримання належного рівня цих робіт і спостережень працівникам-метеорологам станції потрібен відповідний технічний та фаховий досвід.

1.2. Дослідження тропосферно-стратосферної взаємодії, стану озонової діри в Антарктиці.

Озоновий шар в Антарктиці має як добре відомі особливості (явище озонової діри), так і мало досліджені нюанси його поведінки. У відділі вивчається зв’язок стану озонового покриву із характером циркуляції атмосфери, який, своєю чергою, залежить від розподілу температури океану, але має і певну власну мінливість. Розробляються оцінки динаміки озонової діри на основі аналізу поведінки термічної, динамічної та озонової тропопаузи, зональної асиметрії в розподілі озону. У дослідженнях співставляється інформація з різних джерел даних: як результатів модельного відтворення, так і фактичних вимірів з супутників чи даних, отриманих на станції «Академік Вернадський».

1.3. Вивчення регіональних погодно-кліматичних умов мезо- та мікромасштабів.

Розташування станції «Академік Вернадський» є особливим, оскільки вона знаходиться на стику чотирьох стихій та на межі поширення життя на південь. Скелясті гори Антарктичного півострова виступають тут бар’єром на шляху циркумполярних течій в атмосфері та океані. Вони створюють локальні збурення і від того – значне різноманіття місцевих погодних-кліматичних умов, атмосферних процесів, загадок ландшафтів антарктичних оаз та пустель.

Пошук, опис та розуміння цих процесів є першим етапом зазначеного напряму досліджень, у комплексі з визначенням зв’язків з іншими компонентами біосфери та впливу на екосистему. Різні методи прямих вимірів, непрямих взаємоз’язків та моделювання можуть бути корисні для цього. Наступним кроком в цьому напрямі буде оцінка мікрокліматичних умов та процесів під впливом глобальних змін клімату і атмосферної циркуляції.

1.4. Дослідження властивостей та процесів формування хмар та опадів у взаємодії з підстильною поверхнею.

Цей напрям досліджень зумовлений важливістю впливу опадів та їхнього фазового стану на утворення чи деградацію льодовиків, сезонний розвиток життя на суходолі. Дослідження передбачають використання новітніх методів спостережень, зокрема радіолокаційних, експерименти з математичного моделювання хмар та опадів, а також балансу снігонакопичення, зокрема, в довготривалому кліматичному масштабі часу.

1.5. Дослідження механізмів формування, динаміки снігового покриву.

Дослідження спрямовано на опис процесів, які відбуваються в сніговому покриві протягом року, залежно від режиму випадання опадів, термодинамічного стану та вологості атмосфери. Сніг є первинним компонентом кріосфери, відповідальним за її формування та підтримання у балансі. Він регулює взаємодію підстильної поверхні та атмосфери, часто виступає спусковим механізмом для певних фізичних процесів, таких як льодоутворення в океані, або обмежувальним фактором розвитку наземної фауни і флори.

Цей напрям умовно поділяється на постійний прибережний моніторинг на станції «Академік Вернадський» та експедиційні роботи в океані. Останні спрямовані на комплексне дослідження гідродинамічних, гідрологічних, гідрохімічних полів Південного океану із застосуванням сучасних технологій, проведення аналізу динаміки океанічних фронтів і процесів формування вертикальної циркуляції вод та структури водних мас Південного океану.

Крім того методами математичного моделювання досліджується розпріснення вод шельфу Антарктичного півострова та його вплив на вертикальну структуру полів температури і солоності, формування водних мас, циркуляцію і процеси перемішування, а також на біологічну продуктивність. Все це набуває додаткової актуальності в умовах змін клімату Антарктики.

Цей напрям орієнтуються на перспективну спрямованість SCAR щодо глобальних змін у довкіллі внаслідок цивілізаційного навантаження. Станція «Академік Вернадський» наразі є однією з найбільш розвинених електромагнітних обсерваторій в Антарктиці. Сучасні моніторингові спостереження електромагнітних полів і сигналів на станції простягаються від ультранизькочастотного до надвисокочастотного діапазонів. Наявне оснащення станції і науковий рівень українських фахівців дозволили сформулювати завдання, націлені на вирішення трьох актуальних наукових проблем:

1. Взаємодія атмосферної та космічної погодних систем;
2. Моніторинг світової грозової активності як індикатора глобальних змін клімату;
3. Відтворення техногенного впливу на електромагнітний клімат Землі.

Перша з них вирішується шляхом визначення перенесення енергії природних і техногенних збурень від поверхні Землі до висотних рівнів атмосфери та іоносфери і навпаки. Таким чином відбувається взаємодія двох глобальних погодних систем – атмосферної та космічної. Саме регіон Антарктичного півострова є оптимальним місцем для постановки таких наукових задач тому що:

• по-перше, географічно регіон є високоширотним, що позначається на процесах фотоіонізації іоносфери, а у геомагнітному сенсі розташований поблизу гігантської іоносферної аномалії «моря Уедделла»;
• по-друге, близькість до найбільш метеорологічно активної протоки Дрейка і орографічні властивості гірського узбережжя Антарктичного півострова забезпечують надпотужне виділення (перетворення) енергії в тропосфері;
• по-третє, знаходження на широтах циркумполярного атмосферного вихору дозволяє експериментально досліджувати просторово-часові властивості озонової діри та умови раптових стратосферних потеплінь.

Щодо другої проблеми, варто відмітити, що світова грозова активність є важливою кліматичною складовою, яка визначається переважно температурними режимами повітря над континентами у тропічних та середніх широтах. Вирішення цієї проблеми полягає в оцінці глобальних кліматичних змін шляхом двохпозиційної (Антарктида – Арктика) реєстрації світової грозової активності у наднизькочастотному (ННЧ) діапазоні електромагнітних хвиль та уточненні енергії надпотужних блискавичних розрядів у діапазоні дуже низьких частот (ДНЧ). Саме в цьому низькому діапазоні зосереджена основна енергія радіовипромінення грозових розрядів. Ідея цих досліджень ґрунтується на фактах, встановлених, зокрема, у результаті роботи українських вчених. Поширення електромагнітних хвиль між поверхнею Землі і нижньою межею іоносфери формує глобальні хвилеводи електромагнітної енергії: Шуманівський резонатор та хвилевод Земля-іоносфера. Обидві природні електродинамічні системи забезпечують поширення випромінювання на наддовгі відстані з невеликим поглинанням. Але оптимальними регіонами для електромагнітних спостережень світової грозової активності є полярні райони, оскільки місцеві грози тут відсутні. Тому з 2002 року на українській антарктичній станції «Академік Вернадський», а з 2013 року в і Арктиці, на архіпелазі Шпіцберген (Норвегія), проводяться безперервні синхронні спостереження.

Третя згадана проблема вирішується впровадженням поняття «електромагнітного смогу» та його оцінкою. Природні електромагнітні поля існують у надширокому частотному діапазоні, від частот близько нуля до рентгенівського випромінювання. Основними джерелами їх походження є сонячна радіація, грозові розряди, варіації магнітного поля, космічний фон тощо. Важливо, що власні частоти природних резонансних структур близькі до біоритмів людини і багатьох тварин. У зв’язку з бурхливим сучасним техногенним розвитком цивілізації до природних джерел електромагнітного клімату додалися потужні штучні випромінювачі, серед яких численні електростанції та лінії електромереж, радіомовні, зв’язкові і спеціальні радіостанції наземного і супутникового базування, іскріння та стрибки напруги внаслідок роботи електрообладнання тощо. Їх випромінювання в окремих спектральних вікнах суттєво перевищує рівень природного фону, і його можна визначити як «електромагнітний смог». Антарктида в цілому є ідеальним місцем для досліджень таких явищ, оскільки й досі лишається континентом, вільним від локальних техногенних джерел забруднення. Закид штучного випромінювання до шостого континенту з промислово розвинутих регіонів здійснюється як раз за рахунок існування природних хвилеводних і резонансних систем. До вже відзначених переваг місця розташування електромагнітної обсерваторії на станції «Академік Вернадський», слід також додати факт її магнітного сполучення з найбільш промислово розвинутим регіоном світу – східним узбережжям США.