Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2015 номер 12

Теория возмущений Рэлея-Шредингера высоких порядков и алгебраические аппроксиманты Паде-Эрмита применены для вычисления колебательных уровней энергии H₂O. Найденные при помощи алгебраических аппроксимантов второго порядка квадратичные точки ветвления Катца использованы для классификации резонансов между колебательными состояниями молекулы H₂O. Наряду с резонансами Ферми и Дарлинга-Деннисона обнаружены новые резонансные возмущения состояний, при этом оказывается, что все состояния с энергией более 5000 см^–1 объединены в одну полиаду. На основе данного анализа предложена уточненная полиадная структура колебательных состояний молекулы воды.

Проведено моделирование конденсации пара на поверхности воды с использованием четырехточечного потенциала для молекул. Параметры феноменологической модели растворенного в воде пара воспроизводятся как результат микромоделирования поведения кластера, состоящего из 55 молекул. Коэффициент залипания молекул на водной поверхности вычисляется на основе механической аналогии с упругим ударом. Получено согласие параметров микромоделирования с параметрами феноменологической модели.

Описаны результаты наблюдения образования аэрозольных частиц и капель в бинарных смесях насыщенного водяного пара с воздухом и молекулярными газами в процессе квазиадиабатического спада давления смеси от атмосферного до 100 мбар. Кинетика генерации аэрозоля и капель исследована в отсутствие и при воздействии монокинетического пучка электронов на газовую смесь c пересыщенным водяным паром, который получался в процессе контролируемого сброса давления приготовленной газовой смеси в сферической камере диаметром 1,4 м в вакуумизированный резервуар объемом ~ 40 м³. Кинетика образования аэрозольных частиц и капель регистрировалась методом малоуглового рассеяния лазерного луча (капли) и с помощью аэрозольного спектрометра (частицы). Результаты экспериментов демонстрируют существенную зависимость аэрозоля и каплеобразования от воздействия ионизирующего излучения. Проведенное 3D компьютерное моделирование процесса конденсации пересыщенного водяного пара на ионах методами решеточных уравнений Больцмана и молекулярной динамики качественно описывает полученные экспериментальные результаты.

Рассмотрены закономерности множественной филаментации гигаваттных фемтосекундных лазерных импульсов в плавленом кварце. Экспериментально, а также с помощью численного моделирования проанализирована тонкая структура плазменной области, создаваемая при фотоионизации кварца и сопутствующая формирующимся световым филаментам. Впервые исследована зависимость числа, положения и протяженности отдельных «поколений» плазменных каналов от энергии импульса излучения. Обсуждается роль рефокусировок излучения в формировании области плазмообразования.

Рассматривается вопрос об учете поляризации при статистическом моделировании процесса формирования спутниковых изображений земной поверхности в оптическом диапазоне длин волн. Показано, что пренебрежение поляризационными свойствами излучения может приводить к существенным погрешностям при восстановлении коэффициентов отражения слабоотражающих поверхностей.

В апреле 2011 г. в средних широтах Северного полушария над рядом областей регистрировалось длительное аномальное понижение общего содержания озона, которое связывают с отголосками масштабной арктической озоновой аномалии, наблюдавшейся в марте. Показано, что разрушение стратосферного озона над Томском в этот период обусловлено извержением индонезийского вулкана Мерапи в ноябре 2010 г. Представлены результаты анализа движения воздушных масс в нижней стратосфере от координат вулканического выброса с момента извержения до конца апреля, выполненного с использованием модели NOAA HYSPLIT. Установлено, что воздушные массы, содержащие вулканогенный аэрозоль, пришли в средние широты Северного полушария в конце марта 2011 г., что согласуется с регистрацией в стратосфере над Томском высокого содержания аэрозоля в этот период. На основе анализа температурных и озоновых аномалий в стратосфере над Томском показано, что их появление обусловлено наличием в составе аэрозоля вулканогенной сажи.

Отсутствие детальной информации о вертикальном распределении оптических характеристик атмосферного аэрозоля in situ - нередкая ситуация в силу сложности и высокой стоимости проведения авиационного мониторинга окружающей среды. Представлены оценки влияния стратификации оптических характеристик атмосферы на нисходящую рассеянную радиацию, измеряемую солнечным фотометром на поверхности Земли в двух основных конфигурациях - альмукантарате Солнца и плоскости солнечного вертикала. Оценки получены на базе численных экспериментов, ключевые параметры которых имитируют как фоновые (области со слабой антропогенной нагрузкой), так и экстремальные атмосферные ситуации (городской смог, пыльная мгла над сушей, пылевой вынос над водной поверхностью). Показано, что в видимой области спектра вне полос поглощения излучения кислородом, озоном, водяным паром и двуокисью азота стратификация оптических характеристик атмосферы не оказывает существенного влияния на формирование яркости неба в альмукантарате Солнца, но в вертикале Солнца играет значительную роль. Основным фактором является высотный ход коэффициента аэрозольного ослабления излучения. Использование простейших вертикальных профилей, в частности экспоненциального распределения коэффициента ослабления по высоте, позволяет существенно снизить ошибки в расчетах яркости.

Представлены результаты исследования температурного эффекта дымового аэрозоля в летний сезон над центральной частью Якутии за период 2004−2014 гг. Использованы данные наземных и спутниковых измерений, а также климатических моделей NCEP/NCAR и ERA-Interim, основанных на регулярных метеорологических наблюдениях, аэрологической и спутниковой информации. Впервые показано, что возмущение атмосферы аэрозольными частицами вследствие очагов возгорания лесного массива приводит к снижению потока солнечной радиации и при наличии отрицательной фазы уходящей длинноволновой радиации наблюдается спад амплитуды приземной температуры воздуха.

Создан комплекс оптико-акустических спектрометров с импульсными лазерами УФ, видимого и ближнего ИК-диапазонов спектра, который позволяет регистрировать слабое аэрозольное и молекулярное поглощение в атмосферном воздухе. Основой спектрометров является оптико-акустический детектор с временным разрешением сигналов и встроенным акустическим концентратором, состоящим из двух параболических зеркал. Детектор характеризуется высокой чувствительностью (минимальное измеряемое значение коэффициента поглощения при энергии лазерного импульса 50 мДж и радиусе лазерного пучка 1,5 мм достигает ~ 10^–9 см^–1) и отсутствием фоновых сигналов, связанных с поглощением излучения на внутренней поверхности оптико-акустической камеры. Приведены примеры измерений характеристик неселективного молекулярного и аэрозольного поглощения в газах и атмосферном воздухе, в том числе нелинейного поглощения мощных фемтосекундных лазерных импульсов.

Рассматривается состояние наземной микроволновой радиометрии для определения профилей влажности и температуры атмосферы, влагозапаса атмосферы, водозапаса облаков и интенсивности осадков. Приведены подходы к решению соответствующих обратных задач, результаты экспериментальных исследований влагозапаса атмосферы и водозапаса облаков с помощью двухчастотного радиометра. Сформулированы перспективные направления практического применения метода микроволновой радиометрии атмосферы.

17 ноября 2015 г. исполнилось 70 лет заведующей редакцией журнала «Оптика атмосферы и океана» Сталине Борисовне Пономарёвой.