Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2017 номер 11

Исследована структура интерференционного поля, являющегося результатом сложения волновых полей субпучков, апертуры которых размещены на сторонах правильных шестиугольников. Поле на каждой субапертуре представляет собой усеченный гауссов пучок с постоянным фазовым сдвигом между соседними субапертурами, таким образом, что при обходе по периметру шестиугольника полный фазовый набег становится кратным 2p. Установлено, что полный орбитальный момент синтезированного пучка равен нулю. В центральной части пучка существует область, в пределах которой интеграл от плотности орбитального углового момента дает значение, равное единице, а циркуляция от градиента фазы по границе этой области дает единичный топологический заряд.

Представлены результаты экспериментальных исследований поперечной структуры лазерного пучка после области множественной филаментации. Кольцевая структура излучения в поперечном сечении пучка формируется вокруг отдельных филаментов внутри этой области, на удалении порядка десятка метров от нее начинает формироваться общая кольцевая структура, окружающая постфиламентационные каналы (ПФК). Показано, что спектры ПФК, колец и пучка существенно отличаются. Уширение спектра колец ассиметрично относительно несущей длины волны и направлено в основном в коротковолновую область спектра. Спектр ПФК обладает значительным и более симметричным уширением и охватывает диапазон длин волн 630-1000 нм.

Обсуждаются вопросы о повышении эффективности численного моделирования распространения солнечного излучения в атмосфере Земли методом Монте-Карло путем перехода от последовательных вычислений к параллельным. Представлен новый параллельный алгоритм метода, ориентированный на вычислительную систему с графическим процессором, поддерживающим технологию NVIDIA CUDA. Эффективность распараллеливания проанализирована на примере расчета потоков нисходящей и восходящей солнечной радиации как в вертикально однородной, так и неоднородной моделях атмосферы. Представлены результаты апробации алгоритма в различных атмосферных условиях, в том числе в условиях однослойной и многослойной сплошной облачности, с учетом и без учета селективного молекулярного поглощения. Анализируются результаты тестирования кода на видеокартах с разной вычислительной мощностью. Показано, что перенос вычислений с традиционных ПК на архитектуру графических процессоров дает более чем стократный прирост производительности и в полной мере раскрывает возможности используемой технологии.

Рассматривается вопрос об учете влияния поляризации при атмосферной коррекции спутниковых изображений земной поверхности в видимом диапазоне длин волн. Разработан комплекс программ для расчета компонент излучения, формирующих спутниковые изображения, с учетом и без учета поляризации в приближении однородной поверхности. Получены условия, при которых пренебрежение поляризационными свойствами излучения может приводить к существенным погрешностям при восстановлении коэффициентов отражения слабоотражающих поверхностей.

Атом-атомный потенциал взаимодействия для системы H₂O-A предложен в форме, которая зависит от нормальных координат q молекулы H₂O. Вычислены колебательные и вращательные поправки в эффективный атом-атомный потенциал для систем H₂O-He и H₂O-Ar, проанализировано их влияние на вычисляемые коэффициенты уширения γ для линий поглощения различных колебательных полос молекулы H₂O в случае уширения последних гелием и аргоном. Показано, что возбуждение валентных мод колебаний в H₂O ведет к увеличению коэффициентов γ в случае уширения как гелием, так и аргоном. Учет вращательных поправок приводит к изменению γ до 15% при уширении гелием для переходов с вращательным квантовым числом Ka = 9 у нижнего состояния в переходе. В случае уширения аргоном изменение γ для таких переходов составляет 4%.

В продолжение работ по определению циклического выделения СО₂ стволами деревьев было проведено исследование газовых проб, извлеченных под вакуумом из древесины колец крупных корней кедра и сосны. Использовался лазерный оптико-акустический газоанализ, позволивший создать хронологии СО₂ и полного давления газовых образцов в кольцах. Спектральный и кросс-спектральный анализ исследуемых хронологий выявил циклический характер этих вариаций. Такое поведение общего давления и содержания СО₂ в крупных корнях может говорить о возможной циклической диффузии СО₂ из них в почву, а затем и в атмосферу, что может рассматриваться как новая характеристика дыхания автотрофов. Сделана попытка проанализировать результаты некоторых прежних работ по близкой тематике с позиции циклического поступления СО₂ от корневой системы.

Обсуждаются результаты спектральных измерений аэрозольной оптической толщины (АОТ) атмосферы, выполненных в теплые периоды 2011-2016 гг. в арктическом поселке Баренцбург (арх. Шпицберген). Приводятся статистические характеристики сезонной и межгодовой изменчивости АОТ атмосферы в диапазоне спектра 0,34-2,14 мкм. Среднее значение АОТ (0,5 мкм) за шестилетний период наблюдений составило 0,086, в том числе мелкодисперсная компонента АОТ - 0,062, грубодисперсная - 0,024. Показано, что сезонная изменчивость лучше всего проявилась в уменьшении модальных (наиболее вероятных) значений мелкодисперсной компоненты АОТ от 0,055 весной до 0,025 осенью. По сравнению с предшествующим периодом (до 2011 г.) отмечено сближение средних значений АОТ весной и летом, обусловленное уменьшением содержания мелкодисперсного аэрозоля весной и ростом - летом. Наиболее вероятной причиной летнего роста АОТ являются эпизодические выносы дымового аэрозоля из бореальных зон Евразии и Северной Америки.

Пробы аэрозолей РМ_2,5 (44 фильтра), отобранные в 2013-2014 гг. на побережье Белого моря, были проанализированы на содержание микроэлементов. Все время пробоотбора было разделено на условные сезоны: один снежный, когда влияние терригенной пыли минимизировано, и два бесснежных, когда выражено влияние как антропогенных, так и терригенных источников. Для бесснежных сезонов характерен наибольший разброс концентраций элементов. Снежный сезон отличается от бесснежных преобладанием переноса с западных направлений. Анализ направлений переноса воздушных масс и аэрозольных примесей к пункту наблюдений позволил выделить несколько групп микроэлементов: естественного (La, Nd, Sr, Ga) и преимущественно антропогенного происхождения (V, Ni, Cu и Pb, Bi, Cd).

Охарактеризовано крупномасштабное задымление европейской территории России (ЕТР) и прилегающих областей в июле 2016 г., обусловленное дальним переносом из охваченных лесными пожарами регионов Сибири, что подтверждается результатами расчетов обратных десятисуточных траекторий воздушных масс в города ЕТР от Архангельска до Ростова-на-Дону. Площадь задымления ЕТР с превышением АОТ 0,3 (при среднем значении 0,43 и максимальном 2,5) 25.07.2016 г. достигала 5 млн км², а суммарная масса дыма составляла ~ 1,2 млн т. Показано, что в Московском регионе в период с 24 по 27.07.2016 г. массовые среднесуточные концентрации аэрозоля с размерами частиц меньше 2,5 мкм превышали соответствующую предельно допустимую концентрацию. Оценено влияние местных источников на аэрозольное и газовое загрязнение атмосферного воздуха. Обнаружен дефицит угарного газа в дымной мгле 2016 г. по сравнению с задымлением 2010 г. Показано, что термическая и ветровая стратификация в пограничном слое атмосферы заметно влияла на уровень загрязнения в задымленной городской атмосфере. Получены оценки радиационных эффектов дымового аэрозоля. Средний аэрозольный радиационный форсинг на верхней и нижней границах задымленной атмосферы ЕТР 25.07.2016 г. составлял -29 и -53 Вт/м², а экстремальный достигал -112 и -215 Вт/м² соответственно.

По данным измерений в фоновом районе исследуется зависимость скорости образования в атмосфере озона от температуры воздуха. Для установления вида этой зависимости применяется метод, основанный на сопоставлении изменения концентрации озона при прохождении через пункт измерений волн тепла и холода. Такой подход позволил впервые получить не качественную, а количественную зависимость. Ее коэффициенты определяются как температурой воздуха, так и начальной концентрацией озона. Так, в минимуме приземной концентрации озона в многолетнем ходе (1999 г.) при температуре 30 °С изменению ее на 1 °С соответствует прирост концентрации 5 мкг/м³. В максимуме концентрации (2001 г.) при той же температуре прирост составляет почти 25 мкг/м³ на 1 °С. Для промежуточных периодов (1997 и 2010 гг.) эта величина имеет значение порядка 14 мкг/м³ на 1 °С. Анализ показывает, что квадратичный характер данной зависимости обусловлен нелинейным ростом констант реакций и квадратичным ростом выделения углеводородов растительностью при увеличении температуры воздуха.

Изучаются возможные причины формирования подповерхностного максимума температуры в покрытых льдом водах Северного Ледовитого океана. Численные эксперименты, проведенные на основе трехмерной модели океана и морского льда, показывают, что при учете проникающей радиации формирование подповерхностного максимума температуры происходит в летний период при сокращении толщины льда до 2 м; его постепенное разрушение происходит в течение осеннего сезона за счет процесса интенсивного вертикального перемешивания. Оценивается влияние учета проникающей коротковолновой радиации на толщину ледового покрова.

Анализируются вариации излучения верхней атмосферы Земли в линии атомарного кислорода 557,7 нм и индекса ONI явления Эль-Ниньо-Южное Колебание (ЭНЮК) в 1997-2017 гг. Выявлена корреляция между этими величинами. Во время продолжительного эпизода Ла-Нинья 1991-2001 гг. отмечалась депрессия эмиссии 557,7 нм, а во время экстремального эпизода Эль-Ниньо 2015-2016 гг. - ее усиление. Рассматриваются возможные механизмы влияния события ЭНЮК на излучение верхней атмосферы Земли. Сделан предварительный вывод, что многолетние и межгодовые вариации интенсивности эмиссии 557,7 нм могут являться следствием совместного влияния солнечной активности и изменений в глобальной циркуляции атмосферы.

Аберрации волнового фронта на входной апертуре Большого солнечного вакуумного телескопа измерялись датчиком волнового фронта адаптивной оптической системы, который работал по солнечному пятну. Для вычисления смещения изображения использовался корреляционный алгоритм с квадратичной интерполяцией положения максимума корреляционной функции. Качество астрономического видения, характеризующееся радиусом Фрида, оценивалось из тех же экспериментальных данных, что и статистические характеристики флуктуаций коэффициентов разложения аберраций волнового фронта по полиномам Цернике. Результаты получены для радиуса Фрида, равного 51,6 мм. Рассчитывались средние значения и среднеквадратические отклонения коэффициентов разложения аберраций волнового фронта. Использовалась выборка длительностью 43 с; частота взятия отсчетов - 70 Гц. Из анализа приведенных спектров следует, что для обеспечения эффективной коррекции формируемых изображений необходимо компенсировать аберрации волнового фронта в полосе частот от 0 до 20 Гц.