Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2023 номер 2

Представлены рассчитанные при комнатной температуре коэффициенты уширения углекислым газом линий оксида серы для всех возможных переходов в полосе ν₁ + ν₃ с вращательными квантовыми числами J и K_а , изменяющимися от 0 до 100 и от 0 до 20 соответственно. На основе анализа экспериментальных данных получены параметры полуэмпирического метода; результаты расчетов находятся в хорошем согласии с литературными данными.

Рассмотрены вклады поглощения стабильными димерами в полосах 1600 и 8800 см^-1 спектра водяного пара в континуальное поглощение, находимые как разность между экспериментальными данными и данными расчета по асимптотической теории крыльев линий с учетом нарушения длинноволнового приближения для центров масс молекул. Вклад стабильных димеров в поглощение сравним с вкладом, обусловленным всеми другими парными взаимодействиями, и уменьшается с ростом температуры. Оценены константы равновесия реакции образования димеров исходя из температурной зависимости классического потенциала взаимодействия молекул воды, описывающего температурное поведение второго вириального коэффициента.

В 2021 г. в Норильском промышленном районе нами исследовались концентрации и элементный химический состав неорганической (зольной) части твердых примесей снега. На основе анализа этих данных представлен перечень приоритетных загрязняющих химических элементов (Ni, Cu, Cd, Co, Sn, Pb, B, Zn) и предложен метод количественной оценки вклада атмосферных выбросов металлургического завода «Надежда» в загрязнение территории пылеаэрозолями. Зимой 2020/2021 гг. были обнаружены случаи преобладания выбросов этого источника в пылеаэрозольном загрязнении на расстоянии до 7 км от источника в широтном направлении.

В Арктике глобальное потепление происходит в два-три раза быстрее, чем в других регионах земного шара. В результате фиксируются заметные изменения во всех сферах окружающей среды. Однако данных о вертикальном распределении газового и аэрозольного состава воздуха над Российским сектором Арктики крайне мало, поэтому в сентябре 2020 г. на самолете-лаборатории Ту-134 «Оптик» был проведен эксперимент по зондированию атмосферы и водной поверхности над акваториями всех морей Северного Ледовитого океана в Российском секторе Арктики. В настоящей работе анализируется пространственное распределение метана. Показано, что в период эксперимента его концентрация была наибольшей над Карским морем (2090 млрд^-1), наименьшая - над Чукотским (2005 млрд^-1). Незначительно отличались от Чукотского моря по концентрации метана Восточно-Сибирское и Берингово моря. Средние значения СН₄ характерны для Баренцева моря (2030 млрд^-1) и моря Лаптевых (2040 млрд^-1). Перепад концентраций между уровнем 200 м и свободной тропосферой достигал 150 млрд^-1 над Карским морем, уменьшался до 91 и 94 млрд^-1 над Баренцевым и морем Лаптевых и еще сильнее снижался над Восточно-Сибирским, Чукотским и Беринговым морями: до 66, 63 и 74 млрд^-1 соответственно. Горизонтальная неоднородность в распределении метана над арктическими морями наибольшая над морем Лаптевых - 73 млрд^-1, что в два раза выше, чем над Баренцевым и Карским морями и в пять-семь раз выше, чем над Восточно-Сибирским и Беринговым морями.

Представлены временные ряды регулярных наблюдений общего содержания озона над Томском, полученные тремя независимыми приборами за период с 2006 по 2020 г. Определены основные статистические характеристики этих рядов, приводится их сравнительный анализ, в том числе анализ многолетних средних годовых ходов. Обсуждаются причины расхождения данных измерений.

Представлены результаты численного моделирования сигнала сканирующего лидара для случая зондирования облака, содержащего квазигоризонтально ориентированные кристаллы пластинчатой формы. Показано, что вертикально ориентированный лидар «ослепляется» зеркальной компонентой рассеянного излучения, в то же время сигнал сканирующего лидара чувствителен к форме кристалла. Результаты численного расчета подтверждают ранее замеченное в эксперименте резкое увеличение деполяризационного отношения в окрестности углов сканирования 30°. Установлено, что такой скачок в деполяризационном отношении является признаком идеальности формы пластинчатого кристалла и может быть использовано для интерпретации данных экспериментальных наблюдений.

Лесные экосистемы являются одним из главных мест накопления и хранения углерода на Земле. Однако количественная инструментальная оценка потоков углекислого газа возможна лишь для участков радиусом 100-2000 м вокруг измерительной станции. При решении задачи масштабирования используются методы машинного обучения, способные аппроксимировать наблюдения с помощью интенсивностей излучения земной поверхности в разных спектральных интервалах в наземные наблюдения in situ . Представлены результаты оценки потоков углерода регрессионной нейросетевой моделью типа многослойный персептрон, обученной на данных сети FLUXNET для станции, расположенной в бореальном хвойном лесу (56,4615° с.ш., 32,9221° в.д.). Используя в качестве входных данных вегетационные индексы NVDI и EVI, полученные спектрорадиометром MODIS на спутнике Aqua, температуру воздуха на высоте 2 м и суммарное количество осадков при помощи модели дается оценка первичной валовой продукции (GPP), чистому экосистемному обмену (NEE), экосистемному дыханию (TER) и ряду других величин, характеризующих потоки воды и энергии. Проведенные статистические оценки демонстрируют высокие коэффициенты корреляции ( R ) и Нэша-Сатклиффа (NSE) на тестовом наборе данных: для GPP и TER - R ≥ 0,9; NSE ≥ 0,87; для NEE - R = 0,4, NSE = 0,15.

Описана вычислительная технология для изучения эффектов аэрозольно-радиационного взаимодействия и получения региональных оценок прямого (ПРЭ) и полупрямого (ППРЭ) радиационных эффектов дымового аэрозоля на основе расчетов c использованием химико-транспортной модели CHIMERE, сопряженной с метеорологической моделью WRF. Предложенная технология применена для численного исследования радиационных воздействий сибирских дымов в Восточной Арктике в период 16-31 июля 2016 г. Результаты модельных расчетов показывают, что в указанное время сибирские дымы в целом оказывали значительное охлаждающее воздействие на атмосферу в Восточной Арктике за счет ПРЭ, величина которого на верхней границе атмосферы составляла в среднем -6,0 Вт × м^-2, будучи минимальной над снежно-ледовым покровом океана (-1,2 Вт × м^-2). Обнаружено, что вклад ПРЭ сибирского дымового аэрозоля в радиационный баланс арктической атмосферы в определенной мере компенсируется за счет ППРЭ, который в среднем является положительным (2,0 Вт × м^-2). ППРЭ формируется при многочасовом воздействии аэрозоля на метеорологические процессы и играет наиболее важную роль над снежно-ледовыми арктическими поверхностями, где он превышает ПРЭ по абсолютной величине. Показано, что формирование ППРЭ сибирских дымов в выполненных численных экспериментах преимущественно обусловлено рассеянием (а не поглощением) излучения аэрозольными частицами.

Проведен анализ атмосферных блокирований в регионах Северного полушария на фоне общего потепления в последние десятилетия. Получены оценки общего роста продолжительности летних атмосферных блокирований при увеличении полушарной приповерхностной температуры для периода 1969-2022 гг. с использованием данных наблюдений и реанализа. Отмечена значимая когерентность долгопериодных изменений интегрального индекса активности летних атмосферных блокирований для российских регионов и Северном полушарии в целом. Приведены оценки статистически значимой связи природных пожаров и соответствующих газовых и аэрозольных эмиссий в атмосферу в российских регионах с использованием спутниковых данных и данных реанализа. Представлены оценки статистически значимой связи аномалий содержания атмосферных примесей, в частности черного углерода в арктических регионах с сибирскими пожарами.

Рассматриваются результаты лабораторного моделирования динамики образования сульфатов в частицах атмосферной дымки при окислении захватываемого из газовой фазы SO₂ в присутствии ионов Mn/Fe. Обнаружено, что темпы выработки сульфатов в темновых условиях (десятки мкг × м^-3 × ч^-1) отвечают ранее не известному режиму каталитической реакции, ключевым элементом которого является разветвление цепей с участием промежуточного продукта HSO₅^- (кислота Каро) и ионов Mn²⁺. Приводятся оценки константы скорости этой жидкофазной реакции, а также рассматривается критерий разделения режимов окисления SO₂ на медленный и вырождено-разветвленный (быстрый). Приводится наблюдаемая константа скорости наработки сульфатов в частицах: k^*_obs = 1,4 л × моль^-1 × с^-1 ( Т = 298 К). Проведенные в этих рамках расчеты динамики образования сульфатов согласуются с данными лабораторных опытов. Результаты расчетов не противоречат также данным мониторинга содержания сульфатов в дымке над Пекином (декабрь 2016 г.).

Представлено описание экспериментальной установки и методики последовательной подачи в измерительную кювету анализатора ДОГ-07, использующего в качестве источника излучения ртутную капиллярную лампу, работающую на основе поперечного эффекта Зеемана, дозированных порций насыщенных паров ртути и примесных газов (бензола и толуола). Показано, что при добавлении паров бензола или толуола в концентрациях до 10 мг/м³ в измерительную кювету ДОГ-07, где находятся пары ртути в концентрации более 30 нг/м³, погрешности в измеряемой концентрации ртути не наблюдается. При введении в измерительную кювету большей концентрации паров бензола измеряемая концентрация ртути увеличивается, а при введении большей концентрации паров толуола уменьшается, что приводит к дополнительным погрешностям измерений.