Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2018 номер 11

Представлены результаты восстановления параметров микроструктуры приземного аэрозоля в летний период из спектральных измерений коэффициента аэрозольного ослабления света. Экспериментальные данные получены с помощью измерителя спектральной прозрачности атмосферы на 11 длинах волн в диапазоне 0,45-3,91 мкм на горизонтальной трассе в районе г. Томска. Для решения обратной задачи был использован численный алгоритм на основе метода интегральных распределений. В первой части работы проведен анализ изменчивости геометрического сечения частиц субмикронной, грубодисперсной фракций и полного ансамбля. Рассмотрено влияние задымления атмосферы на вариации микроструктурных параметров. Показано, что основной вклад (73-77%) в суммарное сечение приземного аэрозоля вносят частицы субмикронной фракции. Коэффициенты вариации сечений частиц на месячных интервалах без учета влияния дымов имеют высокие значения в пределах 53-61% для субмикронной и 53-69% для грубодисперсной фракций аэрозоля. Исследованы корреляционные связи между коэффициентами аэрозольного ослабления света на разных длинах волн и восстановленными параметрами микроструктуры аэрозоля.

Исследована изменчивость объемной концентрации и среднего радиуса частиц субмикронной и грубодисперсной фракций приземного аэрозоля в летний период по результатам решения обратной задачи для спектральных измерений коэффициента аэрозольного ослабления света. Показано, что основной вклад (80%) в суммарный объем приземного аэрозоля вносят частицы грубодисперсной фракции. Средний радиус субмикронных частиц варьирует в диапазоне от 0,08 до 0,25 мкм. Диапазон изменения среднего радиуса грубодисперсного аэрозоля составляет 1,06-3 мкм. Рассмотрено влияние задымления атмосферы на вариации микроструктурных параметров. Проведено сравнение изменчивости восстановленных микроструктурных параметров приземного аэрозоля с аналогичными результатами, полученными по данным солнечной фотометрии.

Выполнен статистический анализ оптических толщ летних облаков в регионе Обской губы в трех ограниченных зонах над «сухими» участками и участками, включающими крупные водоемы. Использованы экспериментальные данные, полученные с европейского спутника ENVISAT (прибор MERIS) в 2008-2011 гг. Установлен вид функций плотности вероятности оптических толщ в каждой из зон. В логарифмических координатах эти функции имеют 3-4 моды. Функции были аппроксимированы набором нормальных логарифмических распределений с подобранными значениями параметров, которые оказались хорошо повторяющимися из года в год. Над малообводненной западной зоной число мод равно трем, а над восточными зонами, через которые с юга протекают полноводные реки с относительно теплыми водами, оно возрастает до четырех. С большой долей вероятности источником образования дополнительной моды с малыми значениями оптических толщ служит процесс испарения воды с последующей конденсацией водяного пара. Высказано предположение, что определенную роль в последнем случае могут играть и антропогенные выбросы, увеличивающие в атмосфере восточных зон число ядер конденсации по сравнению с западной зоной. Приведены графики функций распределения и таблицы параметров аппроксимации, определяющих эти функции. Такие данные могут оказаться полезными при проведении расчетов радиационного режима малых территорий в регионе полуострова Ямал.

Представлена модель аэрозоля приземного слоя морской и прибрежной атмосферы MaexPro, основанная на долгосрочных наблюдениях распределения частиц в диапазоне спектра размеров 0,01-100 мкм по радиусу. Ключевой особенностью модели является параметризация амплитуды и ширины аэрозольных мод функции распределения частиц по размерам (ФРЧР) как функций разгона и скорости ветра. Исследованы форма ФРЧР и ее зависимость от высоты над уровнем моря и относительной влажности. Получено выражение для высотного профиля коэффициента аэрозольного ослабления; показаны различия в его спектрах на различных высотах, наиболее значительные в диапазоне высот 0-10 м, вследствие гравитационного влияния на средние и грубодисперсные фракции частиц морского солевого аэрозоля (МСА). Модель позволяет рассчитать комплексный показатель преломления частиц МСА в зависимости от влажности в диапазоне длин волн от 0,2 до 16 мкм. Определена область применимости модели.

Представлены результаты эксперимента по измерению средней мощности эхосигнала когерентного лидара от топографической мишени при различных турбулентных условиях в атмосфере. Впервые показано, что с усилением оптической турбулентности происходит увеличение средней мощности эхосигнала когерентного лидара вследствие эффекта усиления обратного рассеяния в случайных средах.

Представлен анализ синоптических процессов, наблюдавшихся в районе г. Томска с 1993 по 2016 г. Показано, что на территории Томской области за последнее десятилетие существенно уменьшилась разница между повторяемостью циклонов и антициклонов. Прослеживаются тенденция снижения вторжения арктических воздушных масс и рост поступления в регион субтропического и тропического воздуха.

Выполнены расчеты УФ-радиации для районов России, где наблюдались аномалии общего содержания озона в первом квартале 2016 г. Понижение озона в зимнее время в северных регионах Сибири даже до уровней так называемой озоновой дыры не является критичным. Однако гораздо более слабые вариации озона в начале весны могут приводить к росту эритемной УФ-радиации до опасного уровня, при котором уже требуется защита кожи.

Работа направлена на уточнение расчетной модели характеристик турбулентной атмосферы на астроплощадке Большого солнечного вакуумного телескопа с привлечением анализа энергетического спектра в широком диапазоне частот и деформаций вертикального профиля структурной характеристики флуктуаций показателя преломления воздуха в пограничном слое атмосферы (до 1 км) в зависимости от энергии приземной турбулентности.

Представлено описание прибора для измерения мощности/энергии широкоформатных оптических (лазерных) пучков излучения, который включает два сменных измерительных блока: один - для измерения энергии в каждом импульсе импульсно-периодического лазера, второй - для измерения мощности непрерывного излучения.

Построена оптическая модель ударной волны, образующейся при обтекании тела оживальной формы сверхзвуковым потоком воздуха. Средние значения параметров воздушного потока рассчитывались из уравнений Навье-Стокса с помощью пакета программ CFD Fluent 6.0 с учетом сжимаемости газа. Показано, что максимальные значения структурной характеристики на несколько порядков больше значений, характерных для невозмущенной ударной волной атмосферы. Представлены результаты численного моделирования распространения оптического пучка, прошедшего через ударную волну в начале трассы и распространяющегося затем в однородной среде. Показано, что увеличение скорости движения летательного аппарата приводит к росту поперечных размеров пучка за счет дифракции. Угловое отклонение оптического пучка от прямолинейного распространения за счет ударной волны зависит только от высоты над поверхностью Земли, на которой ударная волна образуется. С увеличением высоты влияние ударной волны на пересекающий ее в начале трассы оптический пучок уменьшается.

Представлены результаты разработки программно-управляемого оптико-акустического спектрометра на основе диодного лазера TEC-520 (мощность излучения 30 мВт, область перестройки 6060-6600 см^-1, спектральная ширина линии излучения ~ 5E-5 см^-1, область управляемой перестройки 0 - 2,5 см^-1), измерителя длины волны лазера WS-UIR (погрешность измерения Δλ/λ ~ 1E-8) и оптико-акустического детектора кольцевого типа с пороговой чувствительностью ~ 3E-10 Вт × см^-1 × Гц^-1/2. Предложены методики и программы измерений и обработки слабых спектров поглощения, представлены результаты исследований спектров H₂O.

Разработана низкотемпературная вакуумная кювета длиной 2200 мм со сменными окнами из кварца, ZnSe и KBr для работы с Фурье-спектрометром высокого разрешения Bruker IFS 125M, обеспечивающая пороговую чувствительность к поглощению порядка 10^-7 см^-1. Кювета позволяет регистрировать спектры поглощения газов в диапазоне температур от 200 до 296 К с погрешностью контроля температуры 0,9 К в области 1000-20000 см^-1.

Памяти Владимира Александровича Ковалева

О Симпозиуме HighRus-2019