Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2013 номер 8

Приводятся результаты исследований вариаций микрофизических характеристик атмосферного аэрозоля в приземном слое в переходной зоне «материк–океан». Анализируются данные измерений, проводившихся за период с 01.08.2010 по 31.12.2012 г. на лидарной станции ИАПУ ДВО РАН (г. Владивосток). Получены характерные для исследуемого региона значения массовой концентрации субмикронного аэрозоля, сажи и функции распределения частиц по размерам. В зимнее время, характеризуемое северными ветрами и относительной влажностью порядка (50 ± 20)%, доминирующим является сухой, континентальный аэрозоль, а счетная концентрация N_a имеет повышенные значения с максимумами в интервале от 100 до 120 см^–3. Летом, когда господствуют южные ветры, а влажность достигает примерно 98%, преобладает морской аэрозоль, а N_a принимает значения в диапазоне от (5 ± 5) в июне 2011 г. до (44 ± 20) см^–3 в июле 2011 г. Суточный ход массовой и числовой концентрации наиболее явно выраженную периодичность имеет зимой. Модальный радиус частиц субмикронной фракции принимает значения от 0,275 мкм (в летний период) до 0,375 мкм (в зимний период), мода грубодисперсной фракций – 1,05 и 2,5 мкм соответственно. Сезонный и суточный ход массовой концентрации сажи M_BC наиболее стабилен, а диапазон значений варьируется от (0,5 ± 0,5) (начало лета) до (3,0 ± 2,0) мкг/м ³ (январь–февраль). Установлено, что суточные вариации M_BC в Сибирском регионе (г. Томск) и переходной зоне «материк–океан» (г. Владивосток) имеют схожую форму, однако во втором случае размах вариации M_BC больше и максимален в зимний период.

Проводится сравнительный анализ характеристик атмосферного аэрозоля, полученных в Каспийском море на НИС «Рифт» в ноябре 2008 г. и в октябре 2012 г. в приводном слое и во всей толще атмосферы. Исследовались аэрозольная оптическая толща в области спектра 0,3–2,14 мкм и общее влагосодержание атмосферы; счетная концентрация частиц и распределение частиц по размерам в диапазоне 0,3–20 мкм по диаметру; массовая концентрация субмикронного аэрозоля и массовая концентрация поглощающего аэрозоля – «сажи»; химический ионный состав растворимой части аэрозоля и газовых примесей – Cl^–, SO₄^2–, NO₃^–, РО₄^3–, F^–, HCO₃^–, Na⁺, NH₄⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, H⁺, HCl, HNO₃, SO₂, NH₃.

Обсуждаются экологические проблемы эксплуатации ракетно-космической и авиационной техники. Представлены результаты математического моделирования термогазодинамических процессов в жидкокапельных средах, загрязняющих атмосферу при падении отработанных ступеней ракет-носителей и при аварийном сбросе авиационного топлива.

Обсуждаются результаты полевых, химико-аналитических исследований и численного анализа процессов оседания пылеаэрозолей в зоне интенсивного воздействия выбросов Томской ГРЭС-2 в зимние периоды с 2009 по 2012 г. В рамках модели реконструкции поля выпадений монодисперсной примеси от точечного источника проведена интерпретация данных наблюдений содержания в снеге твердого осадка, урана, тория в направлении маршрута отбора проб. Показано, что наиболее значительные выпадения этих примесей происходят в ближней окрестности высотных труб станции в составе крупных фракций частиц.

Рассмотрена проблема нелинейного распространения в воздухе мощных фемтосекундных лазерных импульсов ближнего ИК-диапазона. На основе численного решения параксиального уравнения для огибающей поля оптической волны теоретически исследованы закономерности самофокусировки и филаментации трубчатых световых пучков, имеющих кольцеобразный поперечный профиль интенсивности, при широком варьировании их начальной угловой расходимости. Установлено, что участок филаментации таких пучков в сравнении с филаментацией гауссовского пучка равной мощности удален по трассе и характеризуется значительно большей протяженностью и плотностью свободных электронов лазерной плазмы. Путем изменения начальной угловой расходимости или ширины кольцевой области начального распределения интенсивности пучка возможно эффективно управлять положением и длиной световых филаментов по трассе распространения.

В рамках формализма матрицы плотности получены выражения для нестационарной диэлектрической восприимчивости третьего порядка и соответствующего ей показателя преломления, связанных с вынужденным комбинационным рассеянием нерезонансного фемтосекундного импульса на вращательных переходах молекул. В явном виде показаны анизотропия и временная инерционность отклика ядерной подсистемы молекулы на поле импульса. Вычисленные средние значения показателя преломления n₂ для молекулярных азота (2 × 10^–19 см²/Вт) и кислорода (4 × 10^–19 см²/Вт) согласуются с имеющимися в литературе данными.

Представлены результаты анализа пространственно-временной изменчивости суммарной солнечной радиации на территории Западной Сибири. Показано, что на юге и юго-востоке Западной Сибири отмечена тенденция отрицательного тренда приходящей солнечной радиации. На юге Западной Сибири максимальное поступление суммарной радиации зарегистрировано в июне–июле в зависимости от года измерений, а на севере – в июле. Минимальные вариации месячных сумм суммарной радиации наблюдаются в летний период (2–15%).

По результатам самолетного зондирования рассматривается динамика вертикального распределения озона в пограничном слое атмосферы. Измерения производились с борта самолета Ан-2. В течение 2011–2012 гг. в характерные сезоны года (зима, весна, лето) проведено 6 самолетных зондирований вертикального распределения озона в пограничном слое атмосфере над постом Березоречка Томской области. Показано, что в период активной фотохимической генерации озона в пограничном слое атмосферы наблюдается заметный суточный ход, который определяется его образованием in situ. При этом в период активного турбулентного обмена в верхней части пограничного слоя наблюдаются нисходящий поток за счет вовлечения озона из свободной атмосферы, в нижней его части – выраженный восходящий поток, который обусловлен генерацией озона из газов-предшественников.

На основе статистического синтеза оптимального обнаружителя пространственных объектов для панхроматического и многоспектрального режимов определены условия, при которых один из этих режимов обеспечивает более высокую вероятность обнаружения пространственных объектов по сравнению с другим.

Исследованы аспекты построения статистических характеристик случайных функций для дискретно-непрерывного осреднения, соответствующего конечному времени отклика измерителя. При таком осреднении, обычно реализующемся на практике, любая дискретная последовательность эмпирических значений случайной функции является частично осредненной по некоторому интервалу изменения аргумента. Получены оценки скорости сходимости дисперсии отклонения среднего по времени от среднего по ансамблю (обобщения эргодической теоремы Тейлора), обеспечивающие сходимость по вероятности. Показано, что скорость сходимости зависит от интегральных масштабов корреляции случайной функции, которые определяются типом осреднения, фактически различаясь для непрерывного, дискретного и дискретно-непрерывного осреднения. Установлены связи между масштабами. Получено уравнение, связывающее корреляционные функции неосредненного и частично осредненного случайного процессов. Установлено, что функцию корреляции неосредненного процесса можно удовлетворительно восстанавливать из частично осредненных данных, даже при больших интервалах частичного осреднения.

На основе результатов численного моделирования и обработки реальных спутниковых данных предложена методика автоматической оценки качества метеоданных MODIS, используемых при атмосферной коррекции спутниковых ИК-измерений температуры земной поверхности.

Описан измерительно-вычислительный комплекс для мониторинга и прогноза метеорологической ситуации в аэропорту, в состав которого входят метеорологический температурный профилемер MTP-5PЕ, универсальная метеостанция Vaisala WXT520, основной и дистанционный терминалы для управления комплексом, сетевое хранилище данных, две метеорологические модели высокого разрешения, сервер и кластер Томского государственного университета СКИФ Cyberia. Представлены результаты мониторинга и прогноза температурного профиля атмосферы и приземных значений скорости и направления ветра, давления, влажности и температуры для прошедшей зимы, когда в аэропорту Богашево, г. Томск, отмечались различные экстремальные погодные явления. Показано, что измеренные и рассчитанные вертикальные профили температуры в нижней части атмосферного пограничного слоя имеют высокий уровень количественного и качественного совпадения результатов.

Выполнен анализ оценки погрешностей лидарных измерений плотности средней атмосферы. Рассматривался установленный на МКС лидар. В качестве передатчика лидара был взят твердотельный Nd:YAG-лазер с излучением на 3-й и 4-й гармониках с длинами волн 355 и 266 нм. Расчеты проведены для лидара с умеренными параметрами: энергия импульса 0,4 Дж (355 нм) и 0,2 Дж (266 нм), частота посылок 20 Гц, время накопления 60 с, радиус приемных зеркал 0,3 и 0,5 м, поле зрения приемного телескопа 1 и 0,1 мрад, полоса пропускания светофильтров 0,5, 1 и 10 нм, пространственное разрешение 1 км. Результаты анализа показали, что излучением на длине волны 355 нм в зависимости от параметров лидара на уровне 10%-й погрешности измерений можно охватить диапазон высот в среднем от 75 км в ночное время и от 55 в дневное до 10 км (ниже расчеты не проводились). При работе с излучением на 266 нм на уровне 10%-й погрешности удается продвинуться до границы верхней мезосферы 90 км и проникнуть в глубь атмосферы до высоты 38 км. Таким образом, использование двух гармоник позволит освоить диапазон высот измерений плотности воздуха с борта МКС с 90 км до тропосферы.

Представлены результаты оптико-акустических измерений поглощения лазерных импульсов с длиной волны 266 нм (четвертая гармоника YAG-лазера) водяным паром в смесях с азотом в зависимости от интенсивности излучения (0,5–10 МВт × см^–2) и парциального давления H₂O (0–10 мбар). Установлено, что линейное в указанном диапазоне интенсивностей поглощение увеличивается с ростом парциального давления H₂O в области 0–5 мбар и почти не изменяется в области 5–10 мбар, превышая поглощение в чистом азоте всего лишь в 2 раза.