Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2017 номер 1

По данным AERONET проанализирована обусловленная вариациями содержания коричневого и черного углерода изменчивость радиационных характеристик аэрозоля в смогах мегаполисов на примере Пекина, Сан-Паулу, Сантьяго и Мехико. Показано, что в смогах вклад коричневого углерода в мнимую часть коэффициента преломления на длине волны 440 нм может в 3 раза превышать вклад черного углерода. В смогах мегаполисов спектральные зависимости аэрозольной оптической толщины поглощения с удовлетворительной точностью аппроксимируются степенными функциями, за исключением некоторых смогов Пекина на длине волны 440 нм при больших относительных концентрациях коричневого углерода. Показано, что в смогах мегаполисов вклад грубодисперсной фракции аэрозоля в суммарную аэрозольную оптическую толщину ослабления может составлять от 6 до 20% для длин волн 440 и 1020 нм соответственно, а вклад в аэрозольную оптическую толщину поглощения от 22% на длине волны 440 нм до 38% и более на длине волны 1020 нм. От дымового аэрозоля, образующегося при крупномасштабных пожарах в бореальных лесах России, аэрозоль в смогах мегаполисов отличается повышенным вкладом грубодисперсной фракции аэрозоля в его суммарный объем и сравнительно большими значениями мнимой части коэффициента преломления и, как следствие, более высокой поглощательной способностью.

В конце января 2016 г. над севером Урала и Сибири впервые за весь период наблюдений с 1970-х гг. зарегистрированы значения общего содержания озона на уровне около 200 е.Д., что классифицируется как озоновая «мини-дыра». Проанализированы возможные причины и факторы возникновения аномально низких уровней общего содержания озона зимой 2016 г. в сравнении с рядом предыдущих зимних сезонов в Арктике с сильным разрушением озона. Показана доминирующая роль динамических факторов в образовании озоновой аномалии в конце января 2016 г., и высказано предположение о возможности появления в Арктике в будущем более значительных аномалий.

Сопоставления результатов моделирования полей содержания озона в атмосфере с данными различных типов измерений позволяют оценить качество моделей для использования их в достоверных прогнозах изменений озонового слоя. Проведены сопоставления спутниковых и наземных измерений содержания озона в двух атмосферных слоях (0-25 и 25-60 км) с данными численного моделирования с помощью модели состава нижней и средней атмосферы для района Санкт-Петербурга. Сравнивались среднедневные и среднемесячные значения содержания озона в течение 3,5 лет (июнь 2011 - декабрь 2014 гг.). В целом согласие экспериментальных и модельных значений содержания озона в двух слоях хорошее или удовлетворительное. Тем не менее обнаружены систематические отличия спутниковых и наземных данных от результатов моделирования. Модель завышает озон по сравнению со спутниковыми измерениями в осенне-зимний период в слое 0-25 км и занижает озон в слое 25-60 км в тот же период. Эти особенности проявляются и при сравнениях среднемесячных значений. Модель в ряде случаев демонстрирует сильные и «высокочастотные» колебания озона, не всегда зарегистрированные в измерениях.

Проанализированы основные причины роста интенсивности очагового усыхания хвойных лесов на территории Южной Сибири, регистрируемого с 90-х гг. XX в. Показано, что значимым фактором, ослабляющим резистентность хвойных деревьев, могла стать долговременная депрессия озоносферы, обусловленная постоянным присутствием в стратосфере вулканогенного аэрозоля вследствие высокой частоты плинианских извержений вулканов тропического пояса VEI ³ 4, в результате которой с 1992 по 2012 г. Южно-Сибирский регион находился под непрерывным воздействием повышенных доз коротковолновой УФ-В-радиации.

Приводятся результаты исследования долговременных изменений среднесезонной приземной температуры воздуха на территории Сибири за последние 43 года (1973-2015), а также за период 1973-2005 гг., когда отмечалось наиболее интенсивное глобальное потепление, и период 2006-2015 гг., соответствующий периоду замедления глобального потепления или даже его похолодания в отдельных регионах. Показано, что в повышении приземной температуры воздуха над Сибирским регионом, наблюдаемом за период с 1973 по 2015 гг., основной вклад давали зимний и весенний сезоны. Наибольший вклад в понижение интенсивности потепления за последнее десятилетие внесло похолодание в зимний сезон в арктических областях Сибири, а также в осенний сезон на территории Западной Сибири и юго-западе Восточной Сибири.

Обсуждаются результаты исследований физико-химического состава атмосферного аэрозоля в экспедиции НИС «Академик Николай Страхов», проведенной зимой 2015/2016 г. на маршруте от Коломбо до Калининграда (через Суэцкий канал). В сравнении со Средиземным морем и Атлантикой (вблизи Европы) в атмосфере Аравийского и Красного морей отмечены более высокие значения большинства характеристик аэрозоля: аэрозольной оптической толщи (АОТ) в 3-5 раз, счетной концентраций аэрозоля - в 4 раза, концентраций ионов континентального и морского происхождения - в 1,5 раза, а также газообразых примесей (SO₂, HCl, HNO₃, NH₃). Вместе с тем по составу аэрозоля между двумя морями Индийского бассейна есть существенные отличия, обусловленные выносами с континентов различных типов аэрозоля. Над Аравийским морем - самые большие концентрации «сажи» (в среднем, 2,14 мкг · м^-3) ионов морского происхождения (Na⁺, Cl^-, Mg²⁺) и NH₃. Над Красным морем - более высокие значения мелкодисперсной компоненты АОТ, концентраций «континентальных» ионов (SO₄^2-, Ca²⁺, NO₃^-, NH₄⁺) и газообразных примесей - SO₂, HCl, HNO₃. По ионному составу аэрозоля наиболее устойчивые концентрации отмечены у ионов Ca²⁺ (различие между морями менее 15%), а максимальная пространственная изменчивость - у ионов NH₄⁺ (различие до 40 раз).

Представлены сравнения модельных прогнозов химическими транспортными моделями CHIMERE и COSMO-RU7-ART) загрязнения приземного воздуха с данными измерений в Москве в 2015 г. Обе модели используют прогностические поля метеорологических величин по данным модели атмосферы COSMO-RU7. Установлено, что модели среднюю суточную концентрацию РМ₁₀ занижают и прогнозируют с ошибкой в среднем 0,01-0,02 мг x м^-3. Концентрацию диоксида азота модель COSMO-RU7-ART рассчитывает с погрешностью в среднем 0,01-0,02 мг x м^-3, CHIMERE - 0,02-0,03 мг x м^-3 (летом 0,05-0,08 мг x м^-3), систематически завышая NO₂. Концентрации угарного газа COSMO-RU7-ART чаще всего занижает (на 0,1-0,2 мг x м^-3, суточный максимум на 0,4-0,6 мг x м^-3); CHIMERE, напротив, систематически завышает монооксид углерода (на 0,2-0,35 мг x м^-3, летом часто на 0,4-0,5 мг x м^-3). Обсуждаются некоторые результаты численных экспериментов по оценке влияния способов определения высоты пограничного слоя на модельные расчеты концентрации монооксида углерода. Высота пограничного слоя рассчитывалась непосредственно в модели CHIMERE и в COSMO-RU7.

Сравниваются реально наблюдавшиеся случаи региональных переносов атмосферных загрязнений на Байкал с расчетами по математической модели. По данным наблюдений, наиболее сильное загрязнение атмосферы над озером связано с переносами диоксидов серы и азота от крупных угольных ТЭЦ как со стороны Иркутска и Ангарска, так и со стороны Бурятии (Улан-Удэ и Гусиноозёрск). Особенно мощные переносы окислов серы и азота в атмосферу Байкала происходят в ночное время, в инверсионных метеорологических условиях, в виде слабо рассеянных шлейфов из высоких труб ТЭЦ. Данные автоматических измерений концентраций окислов серы и азота демонстрируют, что реальные механизмы переноса антропогенных примесей на Байкал более сложны и разнообразны, по сравнению с результатами, получаемыми при моделировании. Модельные оценки концентраций SO₂ над озером достаточно близки к средним месячным измеренным концентрациям, но не объясняют некоторые особые случаи образования высоких концентраций примесей в атмосфере Байкала.

Отобраны пробы снежного покрова и исследован состав полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в твердых осадках снежного покрова на территории г.  Братска. Проведено сравнение с данными исследований ПАУ в снежном покрове промышленных городов Шелехов, Новокузнецк и Сыктывкар. Установлены тесные корреляции между качественными составами (профиль) ПАУ в снежном покрове вблизи алюминиевых заводов и в выбросах от источников электролизного цеха производства алюминия по технологии с самообжигающимися анодами. Определены значения отношений различных ПАУ в газопылевых выбросах от электролитического процесса получения алюминия. Показана возможность их использования для идентификации источников загрязнения от алюминиевых предприятий. Найдено, что канцерогенная активность ПАУ в снежном покрове формируется преимущественно вкладом бенз(а)пирена.

Рассмотрена стратификация изотропного ультрафиолетового излучения атмосферы (λ = 1200¸1270 Å) вертикальным электрическим полем как статическая поляризация высоковозбужденных метастабильных молекул озонового цикла (O(¹D), О(³P), O₂(a¹Sg⁺)). На основе концепции ридберговского флюида возбужденной подсистемы атмосферы получены термодинамические оценки и масштабируемость ван-дер-ваальсовых коллективных взаимодействий, играющие существенную роль в стабилизации ионных слоев. В рамках модели среднего самосогласованного электрического поля (нелинейное уравнение Пуассона) рассмотрены добавки в классический тензор напряжения электрического поля атмосферы T_ik. Вычислены поляризационные компоненты тензора T_ik, стабилизирующие систему. Предложена модель динамической, адиабатической по полю диэлектрической проницаемости ε(r) как функции локального потенциала.

Обсуждаются результаты полевых экспериментов, выполненных в 2015  г. по схеме бистатических оптико-электронных коммуникационных систем на искусственном и естественном водоемах. Цель экспериментов состояла в оценке качества связи на основе контроля вероятностей ошибок связи и их среднеквадратических отклонений. Результаты экспериментов позволяют предполагать, что возможно создание таких оптико-электронных систем связи, которые будут эффективно функционировать в воде и в смешанных средах (вода-атмосфера, атмосфера-вода и в том числе через лед) с длиной линий связи от нескольких десятков до сотен метров.

В работе сообщается о наблюдении зеркального отражения освещенной подстилающей поверхности облачным слоем горизонтально ориентированных ледяных пластинок. Описываются условия и средства наблюдения этого явления. Приводятся некоторые оценки характеристик отражающего слоя облачности, полученные на основе этих наблюдений, а также фотоматериалы, иллюстрирующие явление.

Создаваемая в настоящее время в России космическая обсерватория «Миллиметрон» с 10-метровым телескопом не имеет аналогов по масштабам решаемых научных и технических задач исследований объектов Вселенной. Количество информации, которое может быть получено в этой обсерватории, во многом зависит от выбранной концепции и технологичности технических средств, реализующих высокое качество изображения в телескопе. В статье на основе анализа искажающих факторов рассматриваются пути возможных технических решений и концепции, которые могут быть положены в основу создания систем адаптивной коррекции искажений волнового фронта принимаемого излучения. Рассмотрены и проанализированы варианты построения адаптивной оптической системы космического телескопа. По итогам анализа выбрана и обоснована адаптация во входном зрачке телескопа, реализованная схемой параллельного съема информации от лепестков составного главного зеркала телескопа. Предложена схема динамической юстировки телескопа, обеспечивающая доюстировку системы адаптивного управления в реальном времени по сигналам с анализатора изображения. Показано, что в качестве опорного излучения может быть использовано излучение видимой части спектра, принимаемое от участка поля, смещенного с оптической оси телескопа с нефиксированным углом рассогласования.

На основе решения вариационной задачи предложен новый метод восстановления волнового фронта по его измеренным градиентам. Получена пространственно-частотная передаточная функция реконструктора. Методами численного моделирования изучена точность восстановления при различных пространственных спектрах искажений волнового фронта, проанализирована чувствительность реконструктора при потере данных в некоторых узлах измерительной сетки.