Началом научной деятельности Александра Игнатьева можно считать 2001 год, когда он, студент-четверокурсник физфака МГУ, пришёл в ФИАН в Лабораторию спектроскопии миллиметровых волн. Эта лаборатория была организована почти полвека тому назад основоположником отечественной миллиметровой и субмиллиметровой радиоастрономии, лауреатом Государственной премии, профессором А. Е. Саломоновичем. В настоящее время в этой лаборатории работают доктор физико-математических наук С. В. Соломонов, кандидаты физико-математических наук С. Б. Розанов и Е.П. Кропоткина, научный сотрудник А. Н. Лукин и др. Работы сотрудников лаборатории по исследованию атмосферы на миллиметровых волнах в рамках программ Академии наук РФ и ряда международных программ получили широкую известность и признание в нашей стране и за рубежом.
В этой лаборатории началось «первичное обучение» экспериментальной физике и технике миллиметровых волн под руководством С. Б. Розанова. Тогда казалось удивительным, что с помощью сравнительно простых устройств возможно, например, собрать двухлучевой интерферометр и измерить с его помощью длину волны излучения 1,5 - 2 мм или измерить мощность микроволнового излучения в сотые доли Ватт!
Основное направление исследований лаборатории — изучение газового состава атмосферы по собственному тепловому излучению атмосферных газов в миллиметровом диапазоне длин волн. Излучение принимается высокочувствительным приёмником — спектрорадиометром. За счёт столкновений между молекулами линии в спектрах излучения атмосферных газов уширяются, причём уширение пропорционально давлению. Эта особенность даёт возможность, измерив с высокой точностью спектр собственного излучения атмосферы на частотах линии какой-либо составляющей атмосферы, наблюдаемый на поверхности Земли, восстановить по нему вертикальное распределение этой составляющей.
Особенностям формирования спектров излучения атмосферы при различных геометриях наблюдения и определению оптимальных параметров приёмников для регистрации спектров различных составляющих атмосферы была посвящена дипломная работа А.Игнатьева, которую он защитил с отличием в 2003 году.
Сразу после защиты диплома поступил в аспирантуру, где его научными руководителями были д.ф.-м.н. С.В. Соломонов и проф. Ю.А. Пирогов. Тема будущей диссертации называлась: Радиометрия атмосферного озона и окиси хлора на миллиметровых волнах.
Одной из важных составляющих атмосферы является озон, защищающий всё живое на Земле от губительного ультрафиолетового излучения Солнца. В ФИАН для измерения вертикального распределения содержания озона над Москвой используется спектрорадиометр-озонометр, регистрирующий излучение озона в линии с центральной частотой 142,175 ГГц. Точность измерения спектров озона позволяет восстанавливать вертикальное распределение озона (ВРО) на высотах от 15 до 95 км.
Ежедневные измерения (мониторинг) вертикального распределения озона над Московским регионом проводятся в ФИАН с 1987 года. Восстановление ВРО по измеренному спектру (обратная задача) с математической точки зрения является решением интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода. Для решения этой задачи в ФИАН применили предложенную проф. К. П. Гайковичем методику, основанную на методе регуляризации Тихонова. В своих исследованиях А.Игнатьев несколько усовершенствовал программу для восстановления ВРО.
Одной из задач, решённых во время его обучения в аспирантуре, была адаптация этого метода для восстановления вертикального распределения атмосферной окиси хлора из измерений её собственного излучения в линии с центральной частотой 204,35 ГГц. Окись хлора является одним из катализаторов разрушения озона в стратосфере, поэтому её исследования крайне важны для понимания причин уменьшения озона и возникновения «озонных дыр». Как показывают результаты мониторинга ВРО, проводимого в ФИАН, в зимние периоды нередко имеют место значительные снижения содержания озона в стратосфере. Например, весной 2011 года в Северном полушарии сформировалась «озонная дыра» почти такого же масштаба, как широко известная «дыра» над Антарктидой, при этом над Москвой наблюдалось значительное, по сравнению с нормой, снижение содержания озона на высотах стратосферы.
Помимо регулярного мониторинга состояния озона на высотах стратосферы, где находится максимум содержания озона, спектрорадиометр-озонометр ФИАН позволяет заглянуть в мезосферу, на высоты вплоть до 95 км.
Под руководством Е.П. Кропоткиной Александр Игнатьев провел экспериментальные исследования мезосферного озона. Результаты этих исследований составили значительную часть его кандидатской диссертации, которую он защитил в 2006 году.
Важное место в работах лаборатории занимают исследования воздействия динамических процессов в атмосфере на ВРО. Для обеспечения этих исследований А.Игнатьевым был разработан ряд программ. Большинство из них представляют собой веб-приложения, функционирующие на сервере под управлением Linux/Apache/Perl/MySQL. К функциям этих программ относятся:
1. Автоматизированная загрузка из сети Internet данных о состоянии атмосферы, получаемых с помощью динамических моделей атмосферы и с использованием данных метеорологических наблюдений в качестве реперных точек, а также данных спутникового зондирования атмосферы.
2. Построение и отображение карт термобарического состояния атмосферы и потенциальной завихренности над Северным полушарием.
3. Построение высотных профилей температуры и давления над Москвой, используемых для восстановления ВРО из измеренных спектров.
4. Сравнение данных измерений ВРО в ФИАН с данными спутниковых наблюдений на высотных и барических уровнях.
Ближайшими задачами лаборатории является введение в строй нового передвижного озонометра и завершение создания спектрорадиометра для исследования окиси хлора. Главной перспективой - создание аппаратуры и математического обеспечения радиофизического мониторинга атмосферы для создания отечественной наземной сети и включения ее в глобальную сеть контроля за состоянием атмосферы.
В. Жебит, АНИ "ФИАН-информ"