Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2014 номер 8

Рассмотрены результаты полевых экспериментальных исследований влияния атмосферных условий и некоторых аппаратурных характеристик на качество передачи информации в бистатической оптико-электронной системе связи (ОЭСС) в видимом диапазоне длин волн. Длина атмосферного канала достигала 17 км. В качестве источника сигналов использовалось излучение лазера на парах бромида меди на длине волны 510,6 нм. Показано, что бистатическая, или загоризонтная, ОЭСС может осуществляться в условиях как облачной, так и безоблачной атмосферы. Оценены средние значения и среднеквадратичные отклонения ошибок связи в различных атмосферно-оптических условиях и при вариациях некоторых характеристиках отдельных блоков аппаратуры.

Получены аналитические формулы для оценки чувствительности длинноволновых потоков нисходящего излучения к вариациям общего влагосодержания в вертикальном столбе атмосферы в полосах поглощения и в окнах прозрачности атмосферы. Для региона Нижнего Поволжья рассчитана регрессионная зависимость радиационного форсинга СО₂ от общего влагосодержания. Исследована роль континуального поглощения Н₂О, и показано, что форсинг СО₂ в значительной степени зависит от величины континуума. Определены атмосферные условия, когда вклад континуума Н₂О, обусловленного взаимодействием молекул водяного пара с молекулами воздуха, в нисходящие потоки излучения является максимальным.

Предложены однопараметрические модели весенней, летней и осенней дымок для расчета коэффициентов аэрозольного ослабления в области спектра 0,44–11,5 мкм в приземном слое атмосферы аридной зоны. Входным параметром моделей является значение коэффициента аэрозольного ослабления на одной длине волны в видимой или ИК-области спектра.

Представлены результаты анализа средней интенсивности, флуктуаций интенсивности и регулярных и случайных смещений оптических пучков, распространяющихся через ударную волну, возникающую при сверхзвуковом движении конусообразного тела, в турбулентной атмосфере. Показано, что с усилением оптической турбулентности происходит подавление аэрооптических эффектов, вызываемых ударной волной. Приводятся количественные данные, иллюстрирующие степень проявления аэрооптических эффектов для трасс различной геометрии и протяженности в зависимости от турбулентных условий распространения света.

На основе экспериментальных данных, полученных в приземном слое атмосферы с различной структурой подстилающей поверхности, вычислены компоненты тензора анизотропии турбулентности. Определены их средние значения и среднеквадратические отклонения для различных условий проведения измерений. Рассмотрено влияние режимов обработки экспериментальных данных на статистику компонентов тензора анизотропии. Отмечается высокая степень устойчивости средних значений компонентов тензора в различных условиях.

Анализируется роль вулканогенных аэрозолей в формировании температурных и озоновых аномалий, зарегистрированных в тропической стратосфере после извержения влк. Пинатубо в июне 1991 г., по данным 30-летних баллонных измерений на ст. Хило (Гавайи). В качестве аномалий рассматриваются положительные температурные и отрицательные озоновые отклонения в вертикальных профилях 2σ относительно многолетнего среднего. Во второй половине 1991 г. стратосферные аномалии хорошо согласуются с наличием вулканического пепла, который сохранялся в стратосфере около полугода. Однако только присутствием долгоживущего сернокислотного аэрозоля невозможно объяснить регистрируемые в дальнейшем в течение 2-3 лет температурные аномалии и депрессию стратосферного озона. Предложен механизм формирования в стратосфере долгоживущих частиц вулканогенной сажи, образующихся при термическом разложении метана в эруптивной колонне, активно поглощающих солнечную радиацию и разрушающих озон на своей поверхности. На основе расчета скорости осаждения сажи с учетом высокой эффективности разрушения озона на ее поверхности объясняется наиболее крупная озоновая аномалия, наблюдавшаяся в нижней стратосфере во второй половине 1992 г.

В последнее время квазигоризонтально ориентированные ледяные кристаллы перистых облаков стали объектом активного исследования. Экспериментальные наблюдения осуществляются посредством многоволновых и поляризационных лидаров, для интерпретации сигналов которых используются решения, полученные в приближении как физической, так и геометрической оптики. В статье проводится сравнение данных приближений для решения задачи обратного рассеяния света на квазигоризонтально ориентированных гексагональных ледяных пластинках. Отдельное внимание уделено границе применимости метода геометрической оптики для решения такого рода задач.

На основе решений уравнения переноса тяжелой неоднородной примеси предложена модель реконструкции полей ее выпадения от непрерывного высотного источника. Проведена апробация модели на данных полевых и химико-аналитических исследований загрязнения снежного покрова бенз(а)пиреном в окрестностях ТЭЦ-3 г. Барнаула. Рассмотрено влияние эффектов поворота ветра в пограничном слое атмосферы на формирование поля длительных выпадений аэрозольной примеси.

Внезапные стратосферные потепления (ВСП) определяют климатические характеристики зимней стратосферы и оказывают влияние на погодные аномалии в тропосфере. Представлены результаты анализа ВСП, а также факторов, их вызывающих. Проведено сопоставление температурного режима в стратосфере с особенностями циркуляции в тропо- и стратосфере в зимние периоды 2008/09 и 2012/13 гг. Установлено, что за 15–20 сут до начала ВСП в тропосфере происходит разрушение блокирующих антициклонов. В этот же период возрастает амплитуда орографических стационарных волн. Развитию ВСП способствует также распространение крутильных колебаний в стратосфере из низкоширотной области.

Представлены результаты измерения общего содержания водяного пара, полученные в Томске весной 2012 г. во время комплексного эксперимента, проведенного Институтом оптики атмосферы СО РАН (ИОА СО РАН) с использованием различных методов и средств. Сравниваются данные, полученные Фурье-спектрометром, солнечным фотометром, а также данные спутниковых, самолетных, лидарных и радиозондовых измерений. Регистрация спектров поглощения солнечного излучения, прошедшего через всю толщу атмосферы Земли, проводилась на Фурье-спектрометре IFS-125M (Bruker) в диапазоне 400–1250 нм. Результаты, полученные в ходе измерений, обрабатывались программой SFIT v3.92, в которой использовались данные метеозондирования на станциях ВМО и радиозондовые ИОА СО РАН. В качестве априорных профилей концентраций газов в атмосфере были использованы профили, рассчитанные при помощи климатической модели WACCM. Измерения общего влагосодержания и аэрозольной оптической толщи атмосферы в ИОА СО РАН осуществляются с помощью автоматизированных солнечных фотометров серии SP. Сравнение измерений солнечного фотометра с Фурье-измерениями показало, что разница между ними составляет ~ 0,8%. Содержание водяного пара в слое 0,4–7 км, полученное нами по результатам Фурье-спектрометрических измерений (1,30 г/см²), с точностью до 2% согласуется с результатами самолетных измерений для того же атмосферного слоя (1,32 г/см²). Результаты ночных лидарных измерений аэрозольных слоев и водяного пара методом СКР позволяют судить о хорошем соответствии данным измерений радиозондов и о высокой степени корреляции содержания водяного пара и аэрозоля по слоям.

Рассматривается задача классификации нефтяных загрязнений на земной поверхности. Показано, что использование метода, основанного на регистрации флуоресцентного излучения в пяти узких спектральных диапазонах, позволяет проводить классификацию нефтяных загрязнений на земной поверхности с вероятностью правильной классификации, близкой к единице.

С учетом слабой разрешающей способности прибора AVHRR спутника NOAA разработан подход повышения разрешения снимков и дана оценка качества восстановленных изображений с помощью энтропийного критерия. Производятся увеличение изображений с использованием кубических сплайнов и последующая коррекция размытого изображения. Приводятся примеры.

Рассматривается возможность использования установки «Новосибирский лазер на свободных электронах» (НЛСЭ) в качестве источника терагерцового излучения для дистанционного зондирования приземной атмосферы. Для диапазона 40–250 см^–1 решена задача выбора спектральных участков зондирования. Выполнен численный эксперимент по моделированию сигнала терагерцового лидара на базе Новосибирского ЛСЭ, отраженного нижней кромкой облаков для конкретных начальных и граничных оптико-геометрических условий и степени ослабления сигнала на трассе зондирования. Получены оценки дальности зондирования нижней границы облачности в выбранных окнах прозрачности атмосферы в зависимости от удельного содержания осажденной воды на трассе зондирования.

Предложен комплексный подход к получению ретроспективной информации о радиоактивном загрязнении территорий для организации радиоэкологического мониторинга окружающей среды. Разработанный подход применен для анализа воздействия крупного предприятия ядерного цикла на состояние окружающей среды с использованием данных дендрохроноиндикации и статистического метода главных компонент (МГК). Метод дендрохроноиндикации позволяет получать ретроспективную информацию о поступлении и аккумуляции радиоактивных и других веществ в годичные кольца деревьев. Статистическая обработка полученных массивов многомерных ретроспективных данных проведена с использованием МГК. Показано, что предложенный подход позволяет выявлять случившиеся в прошлом аварийные выбросы на предприятиях ядерного цикла и обоснованно выбирать пункты контроля для организации радиоэкологического мониторинга в зонах воздействия предприятий атомной промышленности.