Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2016 номер 5

Разработана модель одиночной филаментации мощного фемтосекундного импульса титан-сапфирового лазера в воздухе на основе построения эволюционных зависимостей фазовых и амплитудных характеристик светового поля, найденных в результате численного решения нелинейного уравнения Шрёдингера. Показана фундаментальная роль аберрационных и дифракционных эффектов при формировании локализованных динамических световых структур вблизи оси распространения. Установлено, что угловая расходимость интегрального по времени постфиламентационного светового канала при фиксированной пиковой мощности импульса уменьшается с ростом радиуса пучка лазерного излучения, достигая насыщения при значении радиуса больше 1 мм.

На основе численного решения параболического волнового уравнения для комплексной спектральной амплитуды поля волны методом расщепления по физическим факторам проведено исследование флуктуаций плотности энергии импульсного излучения для разных мод лагерр-гауссова пучка в зависимости от турбулентных условий на трассе распространения. Показано, что относительная дисперсия плотности энергии импульсного излучения при фемтосекундной длительности импульса с усилением оптической турбулентности становится существенно меньше относительной дисперсии интенсивности непрерывного излучения и, в отличие от последней, может принимать значения меньше единицы. Чем больше порядок моды лагерр-гауссова пучка и меньше длительность импульса, тем меньше флуктуации плотности энергии. Уровень остаточной пространственной корреляции сильных флуктуаций плотности энергии импульсного излучения превышает уровень корреляции интенсивности непрерывного излучения для всех рассмотренных мод лагерр-гауссова пучка, и характерная для сильных флуктуаций интенсивности непрерывного излучения двухмасштабная структура пространственной корреляции в случае импульсного излучения менее выражена.

Проведены измерения нормированной временной автокорреляционной функции флуктуаций рассеянного излучения фокусированного лазерного пучка (0,63 мкм) в приземной атмосфере в атмосферных осадках (дожде, мороси), тумане и дымке на трассе длиной 130 м. Установлено, что время корреляции флуктуаций рассеянного излучения фокусированного лазерного пучка в дожде, мороси и дымке уменьшается с ростом перпендикулярной составляющей к трассе скорости ветра при сходных атмосферных условиях (при близких значениях оптической толщи и размера частиц). Время корреляции в мороси больше, чем в дожде, время корреляции в дымке больше, чем в дожде и мороси, а в тумане время корреляции больше на порядок и более, чем в дожде.

Впервые проведены исследования трансформации спектров поглощения молекул C₂H₄, CO₂ и C₂H₆, находящихся в нанопорах SiO₂/Al₂O₃-аэрогеля, по сравнению со спектрами этих молекул в свободном газе. Показано, что в нанопорах SiO₂/Al₂O₃-аэрогеля интегральные интенсивности C₂H₄ в диапазоне 5700-6250 см^-1, CO₂ в диапазоне 4760-5160 см^-1, C₂H₆ в диапазоне 2830-3030 см^-1 выше в 13,3, 15 и 18 раз соответственно

Представлено описание свойств опубликованных данных о параметрах спектральных линий молекул сероводорода- d ₁(- d ₂) (HDS, HD³⁴S, D₂S и D₂³⁴S). Бóльшая часть свойств связана с результатами анализа качества вакуумных волновых чисел, характеризующих переходы, обусловленные поглощением молекулами излучения. Описаны два приложения из информационной системы W@DIS для работы с полным списком идентифицированных переходов и для просмотра результатов анализа бинарных отношений между источниками данных, содержащих параметры спектральных функций, полученных из измерений. Результаты автоматического анализа качества данных дополнены экспертной оценкой качества волновых чисел для молекул сероводорода- d ₁(- d ₂). Колебательно-вращательные переходы и уровни энергии изотопологов сероводорода размещены в базе данных, а их свойства собраны в онтологической базе знаний и доступны в сети Интернет в информационной системе W@DIS (http://wadis.saga.iao.ru/).

Рассматриваются три алгоритма метода Монте-Карло для расчета импульсной реакции в каналах лазерного зондирования и связи: алгоритм локальной оценки, двойной локальной оценки и предлагаемый модифицированный алгоритм двойной локальной оценки. Показаны результаты тестирования алгоритмов и их сравнения. Для случая однородной среды проведено сравнение трудоемкостей алгоритмов, показывающее, для каких условий предлагаемый алгоритм имеет преимущество по сравнению с алгоритмом двойной локальной оценки. Выполнена оценка вклада двукратного рассеяния и рассеяния третьей и выше кратности. Высокий вклад многократного рассеяния обосновывает целесообразность применения метода Монте-Карло для решения подобных задач.

Предложен метод решения обратной задачи многочастотного лидарного зондирования атмосферного аэрозоля, позволяющий восстанавливать пространственные распределения объемных концентраций аэрозольных компонентов, интегральное по трассе зондирования распределение аэрозольных частиц по размерам и комплексный показатель преломления частиц без каких-либо дополнительных данных для калибровки лидара и доопределения обратной задачи. Метод основан на предположении, что средние размеры, дисперсии размеров и комплексные показатели преломления частиц каждой аэрозольной компоненты не меняются вдоль трассы зондирования, а количество спектральных каналов лидара больше количества аэрозольных компонентов. В этом случае система уравнений для спектрально-пространственных отсчетов лидарного сигнала оказывается переопределенной, и ее численное решение позволяет определять не только микрофизические параметры аэрозоля, но и калибровочные константы лидара на его рабочих длинах волн. Приведены примеры обработки лидарных сигналов упругого и комбинационного рассеяния модельной аэродисперсной среды на длинах волн λ₀ = 0,355; 0,532; 1,064 мкм и λ_R = 0,387; 0,607 мкм соответственно. Показано, что микрофизические параметры мелкодисперсной компоненты аэрозоля (размерами до 1-2 мкм) восстанавливаются из сигналов с погрешностями < 10%, а погрешности определения микрофизических параметров грубодисперсных частиц существенно зависят от величины их вклада в оптическое пропускание среды. Коэффициенты аэрозольного ослабления и обратного рассеяния, рассчитываемые по восстановленным микрофизическим параметрам аэрозоля, отличаются от их фактических значений на единицы процентов.

Проведен мониторинг состояния растительного покрова нефтедобывающих территорий Западной Сибири за период 2010-2015 гг. с использованием тематических продуктов MODIS. Предложен подход к оценке воздействия различных факторов на экологию нефтегазодобывающих территорий на основе дистанционных исследований состояния растительного покрова по значению коэффициента NDVI. Апробация предложенного подхода проведена для техногенно-нарушенных территорий четырех нефтяных месторождений Томской области - Крапивинского, Мыльджинского, Лугинецкого и Урманского. Дополнительно в качестве фонового участка исследована территория Государственного природного заказника областного значения «Оглатский».

С помощью мобильной станции АКВ-2 было проведено 12 серий измерений температуры и влажности воздуха в г. Томск и на его окраинах в разные сезоны года и при различных погодных условиях. Показано, что во все сезоны наблюдается остров тепла, среднее приращение температуры в городе составляет 2 °С зимой и 1 °С летом. Поля абсолютной влажности воздуха в Томске в теплое и холодное полугодия существенно различаются. Показано, что зимой источники влажности носят преимущественно антропогенный характер, а летом влажность в городе имеет естественное происхождение.

Определен относительный вклад основных факторов возникновения острова тепла в г. Томск. Показано, что основной вклад в образование острова тепла в Томске вносят антропогенные выбросы тепла (80-90% зимой, 40-50% летом) и поглощение городской подстилающей поверхностью коротковолновой радиации (5-15% зимой, 40-50% летом). Поглощение городской подстилающей поверхностью длинноволновой радиации, поглощение влагой и примесями, а также затраты тепла на испарение незначительны. Показано, что турбулентный поток тепла препятствует линейному увеличению интенсивности острова тепла при увеличении суммы потоков излучения, обеспечивающих приход энергии в область острова тепла. За счет увеличения турбулентного потока тепла в Томске происходит вынос 40-50% поглощенной энергии летом и 20-30% зимой. Предложено выражение, позволяющее рассчитать интенсивность острова тепла в разные сезоны года, время суток, а также при различных атмосферных условиях на основе измерения метеовеличин на стационарном посту наблюдения.

При возбуждении бинарной смеси инертных газов Ar-Xe при давлении 400 мбар высоковольтным наносекундным разрядом, инициируемым убегающими электронами, зарегистрировано узкополосное излучение ВУФ-диапазона спектра (вблизи длины волны 147 нм), соответствующее оптическому переходу гетероядерного димера ArXe. Обнаружены усилительные свойства плазмы разряда в отношении данного излучения.

Рассмотрены особенности формирования оптических полей в композитных сферических микрокапсулах различного радиуса, состоящих из полимерной поглощающей оболочки и непоглощающего жидкого ядра. С помощью численного моделирования показано, что изменение толщины оболочки, наращенной на ядро фиксированного радиуса, и величины коэффициента ее собственного поглощения излучения меняет характер пространственного распределения и амплитудные характеристики поглощенной мощности. Варьирование данных параметров позволяет менять положение и пиковые значения областей эффективного объемного поглощения частиц, а следовательно, создает благоприятные условия для вскрытия их оболочек в нужных пространственных зонах. Это важно для решения практических задач, связанных с проблемой высвобождения содержимого микрокапсул.

Приведены результаты расчетов силы света светодиодных огней (СДО), необходимых для уверенного визуального обнаружения огней взлетно-посадочной полосы (ВПП) в реальных условиях эксплуатации. Рассмотрены следующие варианты СДО ВПП: входные огни, посадочные огни последних 600 м ВПП и ограничительные огни. Выбраны пороговые уровни обнаружения. Приведен анализ эффективности СДО ВПП в различных метеоусловиях ночью, в сумерках и днем, а также рассмотрены вопросы ступенчатой регулировки силы света СДО в соответствии с нормами ИКАО.