Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2023 номер 8

В спектральной области 3000-7500 см^-1 с помощью Фурье-спектрометра IFS 125HR зарегистрированы линии поглощения молекулы воды, уширенные давлением атмосферного воздуха. Для изолированных линий определены высокоточные значения интенсивностей линий поглощения H₂O с модифицированным контуром Фойгта, учитывающего зависимость уширения от скоростей сталкивающихся молекул. Проведено сравнение с литературными данными. Полученные значения интенсивностей линий поглощения молекулы воды могут служить основой для улучшения расчетов линий поглощения, в различных атмосферных приложениях.

Представлены результаты экспериментов по распространению вихревых оптических пучков в искусственной конвективной турбулентной среде вдоль трассы протяженностью 12 м. Искусственная турбулентная среда создается на лабораторном стенде, где реализована возможность генерации лазерных пучков с различным значением орбитального углового момента вихревого оптического поля. Характеристики трассы и параметры распространяющегося излучения в эксперименте соответствуют условиям распространения, которые можно описать в терминах геометрической оптики. Установлено, что при распространении оптического пучка в ближней зоне дифракции по мере усиления оптической турбулентности мгновенные распределения интенсивности вихревых пучков становятся спеклованными, искажается и исчезает исходная кольцевая структура пучка. В усредненных распределениях интенсивности кольцевая структура постепенно замывается и становится близкой к гауссовой с максимумом интенсивности в центре пучка. Проведено сравнение случайных блужданий вихревых пучков, начальные поперечные размеры которых увеличиваются с ростом топологического заряда, и пучков с начальными поперечными размерами, не меняющимися при изменении топологического заряда. Показано, что амплитуда случайных отклонений направления распространения вихревого пучка от заданного не зависит от топологического заряда.

Исследуются возможности и преимущества дополнительного канала комбинационного рассеяния в ИК-области спектра при определении микрофизических параметров аэрозоля. Рассмотрены особенности совместного восстановления комплексного показателя преломления m = m_real + i × m_image и бимодальной функции распределения сферических частиц по размерам U ( r ) по лидарным данным. Возможность оценки m + U ( r ) исследуется для слабопоглощающих частиц с m_image ≤ 0,010 при m^fine ≠ m^coarse. Тестирование алгоритмов проводится для одного m^fine = 1,50 + i × 0,01 и девяти m^coarse ( m_real = 1,40; 1,50; 1,60, m_image = 0,0001; 0; m_real = 1,40; 1,50; 1,60, m_image = 0,0001; 0,001; 0,01). Для учета влияния вклада частиц различных фракций в их суммарную концентрацию используются 462 эмпирические модели U ( r ).

Рассматривается распределение тропосферного озона на территории России в 2022 г. по данным 33 станций, расположенных в разных физико-географических зонах, а также его вертикальное распределение по результатам самолетного зондирования. Показано, что во всех пунктах измерений превышались предельно допустимые среднесуточные концентрации, установленные отечественным гигиеническим нормативом. В отдельных регионах фиксируется превышение предельно допустимых концентраций рабочей зоны и максимальных разовых среднечасовых концентраций в сложившейся ситуации необходимо широко информировать население о результатах мониторинга и проводить мероприятия по снижению уровня концентрации озона в приземном слое воздуха.

Результаты экспериментов, проведенных в Большой аэрозольной камере НПО "Тайфун", показали, что в темноте в очищенном от аэрозолей изолированном от внешней среды объеме атмосферного воздуха спустя 20 мин после его очистки регистрируются новые аэрозольные частицы размером более 15 нм. Образование новых частиц связывается с возможным наличием в атмосферном воздухе газов - предшественников аэрозолей, которые под действием проникающих внутрь камеры космических лучей превращаются в аэрозоли. Наблюдаемая в экспериментах эволюция (в течение нескольких суток) спектра размеров образующихся частиц показывает, что образование новых аэрозольных частиц продолжается не более 20 ч; частицы укрупняются до размеров более 100 нм. После повторной очистки воздуха внутри камеры с удалением вновь образованных аэрозолей новых частиц больше не наблюдалось в течение 10 сут.

Рассмотрены характеристики облаков, сформировавших очень интенсивные осадки в Санкт-Петербурге и Ленинградской области 18 июня 2020 г. Рассматривались данные измерений радиолокатора ДМРЛ-С, весовых осадкомеров Pluvio² 200 и грозопеленгационной системы Blitzortung. Оценена возможность применения различных значений коэффициентов в Z - R -соотношении Маршалла-Пальмера для измерения таких осадков. Показано, что целесообразно использовать удельную дифференциальную фазу для расчета интенсивности осадков в случае, когда она превышает 30 мм/ч и осадки состоят из дождевых капель и града. Верхняя граница облаков была выше 12 км, максимальная отражаемость была больше 52 дБZ, максимальная интенсивность осадков могла превышать 160 мм/ч. Значительный объем облака занимали частицы града, которые фиксировались от земной поверхности вплоть до высоты 10 км. Наибольшая отражаемость регистрировалась в зоне осадков, а также в области таяния гидрометеоров. Все исследованные облака были грозовыми. Отмечено наличие достаточно высокой корреляции между частотой молний и интенсивностью осадков. Коэффициент корреляции Спирмена превысил 0,7.

Представлен алгоритм восстановления высоты нижней границы облаков (ВНГО) по данным пассивного спутникового зондирования с помощью методов искусственного интеллекта. Определение ВНГО рассмотрено как частный случай решения задачи классификации. Обучение алгоритма осуществлялось путем сопоставления результатов активных измерений ВНГО на сети наземных светолокационных и лазерных регистраторов ASOS (Automated Surface Observing System), лидаром CALIOP (спутник CALIPSO) и радаром CPR (спутник CloudSat) с другими параметрами облачности, полученными по данным спектрорадиометра MODIS (спутник Aqua). Проанализированы возможности инструментов активного зондирования по определению ВНГО у облаков с различной оптической толщиной. Алгоритм восстановления ВНГО основан на использовании трех независимых самоорганизующихся нейронных сетей Кохонена. Определены значения ВНГО однослойной облачности над Западной Сибирью в летнее время по дневным данным MODIS. Установлено, что разработанный алгоритм недооценивает ВНГО во всем диапазоне допустимых значений оптической толщины. Среднее смещение полученных оценок ВНГО относительно эталонных данных ASOS/CALIOP/CPR составляет -0,2 км при среднеквадратичном отклонении 1,2 км.

Представлены упрощенная математическая модель и результаты экспериментальных исследований спектрального состава излучения малогабаритного волноводного СО₂-лазера с ВЧ-возбуждением для лазерного оптико-акустического газоанализатора с целью повышения точности измерений путем исключения из спектра излучения лазера нежелательных линий 10 R -ветви. Измерены сигнатуры лазерного излучения при различных параметрах резонатора и активной среды без использования дополнительных элементов селекции. Показано, что оптимальные сигнатуры могут быть достигнуты путем выбора соответствующего давления газовой смеси и коэффициента пропускания выходного зеркала, а также оптимальной длины резонатора, которая может быть получена методом варьирования номинальной (базовой) длины в пределах 2 мм. Эффективность оптимизации спектрального состава лазерного излучения подтверждена на практике статистическими данными для 64 лазеров. Полученные результаты открывают новые возможности для повышения точности измерений оптико-акустического лазерного газоанализатора SF₆ и его применения в различных областях науки и техники.

Представлены результаты модернизации мобильного аэрозольно-рамановского лидара «ЛОЗА-А2». Наряду с измерениями колебательной компоненты спонтанного комбинационного рассеяния (СКР) лидарных сигналов лидар одновременно измеряет сигналы чисто вращательного комбинационного рассеяния. Рассмотрена методология интерпретации лидарных данных СКР-зондирования. Получены данные одновременных измерений колебательной-вращательной и чисто вращательной компонент СКР при зондирование атмосферы над озером Байкал. Представлены результаты восстановления вертикальных профилей оптических характеристик атмосферы для длины волны 532 нм по этим данным.

Представлены результаты анализа пространственного распределения средней плотности воздуха в сверхзвуковой струе по данным лазерного просвечивания. Алгоритм восстановления средней плотности из поперечных относительно оси струи отклонений фронта просвечивающей волны протестирован в экспериментах на вертикальной струйной установке ИТПМ СО РАН. Результаты восстановления сопоставляются с известными из литературы данными контактных измерений и с результатами численного моделирования. Продемонстрирована хорошая чувствительность локальных наклонов волнового фронта к колебаниям плотности воздуха на частотах дискретных акустических тонов, что открывает возможности экспериментального исследования их пространственной структуры в канале струи.