Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2017 номер 9

Представлены результаты экспериментов по исследованию формирования и распространения постфиламентационных каналов на контролируемой трассе протяженностью 150 м для коллимированных пучков различного диаметра. При множественной филаментации лазерный пучок сжимается в глобальный фокус, после прохождения которого его угловая расходимость существенно превосходит расходимость сформированных при филаментации постфиламентационных каналов. Показано, что интенсивность в постфиламентационных каналах достаточна для формирования множественной филаментации в оптических элементах на дистанциях, значительно превосходящих протяженность области филаментации.

Исследования вертикального распределения органического компонента аэрозоля в пограничном слое и свободной атмосфере проводились путем отбора проб с борта самолета-лаборатории Ту-134 «Оптик». При этом высотный диапазон был разбит на два слоя: 0,5-2,0 и 3,0-7,0 км. Показано, что вертикальное распределение органического компонента аэрозоля имеет экспоненциальный характер убывания концентрации с высотой. Падение концентрации от приземного слоя воздуха до высоты свободной тропосферы составляет 7,5 раз. Максимальная концентрация в приземном слое воздуха наблюдается для соединения н-С₁₉Н₄₀. В пограничном слое и свободной атмосфере максимум концентрации характерен для н-С₁₇Н₃₆. В свободной тропосфере соединения тяжелее н-С₂₂Н₄₆ фиксируются только на уровне следовых концентраций. В течение года происходит перераспределение органического компонента аэрозоля между приземным и пограничным слоями атмосферы.

Для определения вклада лесных пожаров в содержание органического компонента аэрозоля использованы данные двух летных кампаний, выполнявшихся по маршруту Новосибирск - Якутск - Новосибирск в 2012 и 2013 гг. Кампания 2012 г. проходила в условиях обширных лесных пожаров на территории Сибири, кампания 2013 г., наоборот, в фоновых условиях. Анализ отобранных проб аэрозоля показал, что концентрация органических соединений при пожарах по сравнению с фоновыми условиями возрастает в среднем до 35 раз в приземном слое воздуха и от 3 до 23 раз в свободной атмосфере. Состав органической компоненты в свободной атмосфере изменяется при пожарах в зависимости от района. На участке Томск - Мирный в составе аэрозольных частиц преобладают н-алканы н-₁₉Н₄₀ - н-С₂₁Н₄₄; от Мирного до Якутска основной максимум концентраций приходится на высокомолекулярные соединения н-С₁₉Н₄₀ - н-С₂₅Н₅₂; на участке Братск - Новосибирск в составе частиц преобладают низкомолекулярные н-алканы н-С₁₂Н₂₆ - н-С₁₈Н₃₈.

На основе данных многолетних (1963-2000 гг.) наблюдений глубины видимости белого диска проанализированы особенности распределения прозрачности вод в северо-западной части Черного моря в годовом цикле и получены статистические оценки сезонных изменений в районах, различающихся по степени влияния на их гидрофизические характеристики речного стока и вод открытой части моря. Внутригодовые изменения прозрачности вод в этих районах хорошо согласуются с внутригодовыми изменениями биомассы фитопланктона и солености вод. Показано, что на протяжении длительного периода (1950-2013 гг.) межгодовые сезонные изменения прозрачности (по измеренным и восстановленным с помощью модели на основе нейронной сети данным) удовлетворительно согласуются с межгодовыми изменениями гидробиологических параметров. Рассмотрена зависимость изменений этих параметров от региональных гидрометеорологических условий в годы события Эль-Ниньо - Южное колебание и в годы его отсутствия.

Предложен алгоритм восстановления полных содержаний в атмосфере мелкодисперсных частиц (диаметром менее 1,0 и 2,5 мкм) по многоспектральным снимкам из космоса в видимой области спектра электромагнитного излучения. Алгоритм основан на регрессионных соотношениях между спектральными коэффициентами яркости на верхней границе атмосферы, микрофизическими параметрами аэрозоля и геометрическими параметрами спутниковой сцены. Уравнения регрессий строятся на основе расчетов коэффициентов яркости в спектральных каналах спутниковой аппаратуры для ансамбля случайно сгенерированных параметров модели переноса излучения в атмосфере и геометрических параметров спутниковых сцен. В дальнейшем это позволяет в оперативном режиме получать карты загрязнений атмосферы мелкодисперсными фракциями аэрозоля напрямую из спутниковых снимков, без решения некорректных обратных задач по переносу солнечного излучения в атмосфере и аэрозольному светорассеянию. Предложенный алгоритм реализован и апробирован для спутниковой аппаратуры MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer). Сравнение результатов обработки снимков MERIS с данными наземной радиометрической сети AERONET (Aerosol Robotic Network) по полным содержаниям в атмосфере мелкодисперсных аэрозольных фракций демонстрирует среднеквадратическое отклонение ~ 0,5 мкг/см². Показана возможность использования разработанного алгоритма для оперативного слежения за региональным и трансграничным переносами аэрозольных загрязнений атмосферы во время природных пожаров.

Разработана модель переноса солнечного излучения в атмосфере Земли, позволяющая в явном виде рассчитывать ее передаточные характеристики (коэффициенты яркости, функцию пропускания и сферическое альбедо) в окнах прозрачности видимого и ближнего ИК-диапазонов в зависимости от приземного давления воздуха (или высоты местности), оптических параметров аэрозоля и углов, характеризующих положение Солнца и спутниковой системы относительно площадки земной поверхности. Данная модель основана на спектрально зависящих аппроксимационных выражениях, которые получены с использованием программного кода для решения уравнения переноса излучения DISORT. Исследовано влияние высотной стратификации оптических параметров атмосферы на точность восстановления спектрального альбедо подстилающей поверхности из коэффициентов яркости на верхней границе атмосферы. Предложен алгоритм радиометрической коррекции многоспектральных спутниковых снимков на основе разработанной модели и проведена его апробация на данных аппаратуры MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer). Показаны существенное улучшение качества изображения объектов земной поверхности и адекватность воспроизведения их спектральных отражательных характеристик после учета влияния на спутниковые снимки процессов взаимодействия оптического излучения с атмосферой и эффекта бокового подсвета.

Анализируется возможность определения асимметрии и эксцесса распределения уклонов морской поверхности по данным измерений оптическими сканерами космического базирования. Показано, что эти данные не позволяют точно восстановить значения асимметрии и эксцесса. Ограничения точности обусловлены двумя факторами: эмпирическая плотность вероятностей уклонов, построенная по данным оптических сканеров, определена в ограниченной области изменений уклонов; используемая при расчетах модель Кокса-Манка также определена в ограниченной области.

Исследуется возможность использования метода Левенберга-Марквардта, модифицированного для случая отсутствия априорной информации в виде ковариационных матриц вертикальных профилей метана, с целью определения полного содержания метана в атмосферном столбе из спектров радиометра IASI/METOP. Модифицированный метод Левенберга-Марквардта и алгоритм определения его параметра реализованы программно вместе с технологией нахождения апостериорной матрицы ошибок решения и ядра усреднения для каждого спектра, что позволяет осуществлять отбор приемлемых результатов на основе свойств данных матриц. Сравнение результатов со стандартными продуктами сенсора IASI по полному содержанию метана, полученному из тех же спектров, продемонстрировало их удовлетворительное согласие.

Рассмотрены результаты двухлетнего эксперимента по изучению воздействия повышенных доз ультрафиолетовой радиации на длине волны 308 нм на фотосинтетический аппарат (ФСА) саженцев ели сибирской (Picea obovata Ledeb.). Установлено, что коротковолновая УФ-В-радиация оказывает существенное негативное влияние на ФСА хвои с явно выраженным кумулятивным эффектом. Показано, что во 2-й год эксперимента наблюдалось более сильное, по сравнению с 1-м, подавление интенсивности фотосинтеза и транспирации ранее подвергавшейся облучению двухлетней хвои, а также однолетней хвои облучаемых растений, формирование зачатков которой происходило в июле-сентябре предыдущего вегетационного периода. Установлено, что водный баланс хвои растений как облучаемой, так и необлучаемой групп соответствовал сезонным нормам, а понижение интенсивности транспирации облучаемых растений обусловлено необходимостью поддержания водного гомеостаза листовых пластин. Показано, что корреляция между интенсивностью фотосинтеза и транспирации растений облучаемой группы ниже, чем необлучаемой; эта корреляция более выражена для двухлетней хвои, ранее подвергавшейся облучению.

Измерены скорости седиментации пыльцевых частиц ветроопыляемых растений нескольких видов (в том числе интродуцированных человеком), произрастающих в Западной Сибири (сосен: обыкновенной, сибирской, горной, Палласа (крымской); конопли посевной и подорожника ланцетного). При этом выявлено, что во время распыления анемофильной пыльцы ее частицы представлены как одиночными пыльцевыми зернами, так и агломератами из двух или большего количества зерен; установлена их доля от общего числа частиц, осевших на подложку. Определены скорости оседания пыльцевых частиц, а также скорости седиментации пыльцевых агломератов. Подтверждена зависимость скорости седиментации от числа зерен в агломерате.