Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2023 номер 12

Для исследования поглощения озона в ближнем инфракрасном диапазоне разработан компактный абсорбционный спектрометр с непрерывным узкополосным диодным лазером, обеспечивающим чувствительность по коэффициенту поглощения порядка 1 × 10^-6 см^-1. Описана конструкция спектрометра, методика измерений, схема генерации и контроля концентрации озона. Зарегистрирован спектр поглощения молекулы озона для системы полос Вульфа (11900-12800 см^-1), соответствующих ровибронным переходам с основного на возбужденные триплетные электронные состояния выше основного порога диссоциации молекулы. Проведено моделирование коэффициента поглощения и сделана оценка предиссоциационного уширения спектральных линий в исследуемом диапазоне спектра. Предложены рекомендованные сечения поглощения озона для атмосферных приложений в рассматриваемом диапазоне, полученные с помощью статистически взвешенного усреднения новых измерений и опубликованных в литературе экспериментальных лабораторных данных.

Поглощение углекислым газом при уширении аргоном рассматривается на основе асимптотической теории крыльев линий (АТКЛ). Найдены параметры контура линии, связанные с классическим потенциалом, который, согласно АТКЛ, определяет движение центров масс молекул, и квантовым потенциалом межмолекулярного взаимодействия. Температурная зависимость поглощения СО₂-Ar за кантом полосы 4,3 мкм объяснена изменением классического потенциала, описывающего поведение второго вириального коэффициента в рассматриваемой области температур.

Рассматриваются данные мониторинга сульфатов в частицах атмосферной дымки над Пекином зимой 2016 г. Установлено, что источником сульфатов в увлажненных частицах дымки служит каталитическое окисление диоксида серы молекулярным кислородом с участием ионов переходных металлов, SO_2(газ)^Mn/Fe,O_2→SO^2-_4(aq), которое осуществляется в разветвленном режиме. Обсуждаются концентрационные условия этого процесса и особенности его динамики в атмосфере. Выявленное в работе согласие результатов расчетов содержания SO^2-_4(aq) в частицах с данными мониторинга указывает на существование разветвленного режима каталитической конверсии SO_{2 (газ)} в атмосфере - нового источника сульфатов. Этот быстрый нефотохимический канал следует учитывать при инвентаризации источников сульфатов в глобальной атмосфере.

Лишайники не только служат биологическим индикатором загрязнения атмосферы, но и сами влияют на ее химический состав. С помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии в работе исследуются качественный состав экзометаболитов в талломах эпифитных лишайников . Сравнительный анализ фракционного состава осевшего аэрозольного вещества в водных смывах лишайников показал, что он характеризуется бимодальным типом распределения частиц. Постулируется, что появление мелкой фракции связано с формированием вторичных органических аэрозолей на поверхности эпифитных лишайников. Их прекурсорами выступают продукты фотоактивированных реакций между осевшим аэрозольным веществом и легколетучими органическими соединениями, поступающими на поверхность лишайников в результате эффлоресценции. Обсуждается механизм поступления вторичных органических аэрозолей в приземную атмосферу под воздействием радиометрического фотофореза.

Приведены результаты гиперспектрального зондирования атмосферы на Уральской атмосферной станции в пос. Коуровка Свердловской обл. за период 2012-2022 гг. Показано, что средняя скорость роста СО₂ в атмосфере данного региона составляет ~ 2,5 ppm/год. Двумя независимыми методами оценено количество поглощаемого из атмосферы углекислого газа лесной экосистемой на единицу площади за вегетационный период (апрель - сентябрь) в окрестности карбонового полигона в Коуровке. Первый метод основан на использовании данных о содержании СО₂ в атмосферном столбе, полученных при зондировании атмосферы наземным ИК-Фурье-спектрометром высокого разрешения, а во втором методе применяется оригинальная нейросетевая модель, на вход которой подаются данные спектральных каналов спутникового сенсора MODIS. Полученные результаты демонстрируют хорошее согласие: количество СО₂, поглощенного лесной экосистемой из атмосферы, в окрестности карбонового полигона за вегетационный период 2022 г. составляет ~ 1,5 т/га (первый метод) и ~ 1,3 т/га (второй метод).

Приведены результаты исследования состояния акватории Керченского пролива по данным портативного трехканального гиперспектрометра ЭММА, работающего с борта движущегося судна в течение светового дня с разрешением по направлению движения в несколько метров. По измеренным спектрам коэффициента спектральной яркости моря рассчитаны спектры показателя поглощения света водой в акватории Керченского пролива. Верификация этих данных проведена по результатам измерений глубины видимости диска Секки на станциях. Рассчитанные далее по спектрам суммарного поглощения света водой концентрации трех основных природных компонентов, средние по глубине проникновения света в толщу воды, были сопоставлены с измерениями в пробах, отобранных с поверхности воды по маршруту. Расхождение в этих оценках в некоторых районах говорит о неравномерном по глубине распределении компонентов, что было подтверждено при вертикальном зондировании на станциях; при калибровке результатов дистанционного зондирования данные из этих районов не использовались. Полученные по измерениям трехканальным гиперспектрометром данные дали осредненное по глубине распределение природных компонентов в акватории Керченского пролива, а также позволили получить некоторые характеристики антропогенного воздействия, зафиксированного со спутников.

Одним из возможных источников поступления углекислого газа в атмосферу могут быть речные экосистемы. Приводятся результаты измерения потоков СО₂ с поверхности нескольких рек и озер Томской обл. Показано, что в период экспериментов средние потоки углекислого газа составляли для р. Оби 143,7 ± 21,7 (13-14.08.2023 г.), 53,3 ± 21,2 (19.08.2023 г.) и 80,4 ± 59,9 мгС × м^-2 × ч^-1 (20.08.2023 г.); для р. Кеть - 66,1 ± 17,3; болотного озера Карасевое - 33,3 ± 17,3; р. Суйга 50,2 ± 23,0; р. Икса - 81,9 ± 11,5 мгС × м^-2 × ч^-1. Их величина существенно зависела не только от объекта исследования, но и от гидрометеорологических условий.

Перистые облака влияют на радиационный баланс нашей планеты и играют важную роль в формировании климата. Изучение их оптических свойств требует решения задачи рассеяния света на ледяных несферических частицах. В рамках метода физической оптики проведено численное моделирование характеристик обратного рассеяния света для полых гексагональных столбиков размером от 10 до 316 мкм для длин волн 0,355, 0,532 и 1,064 мкм. Показано, что при увеличении полости гексагональных столбиков сначала быстро исчезает пик обратного рассеяния, вызванный уголковым отражением, затем появляется несколько вторичных максимумов величиной до 10% от величины основного пика. При этом их положение практически не зависит от размера частицы и длины волны излучения, но существенно зависит от формы частицы. Полученные результаты представляют интерес для построения оптической модели перистых облаков в задачах лазерного зондирования атмосферы.

Методы лазерно-индуцированной флуоресценции и их использование в средствах мониторинга позволяют решать ряд ключевых задач по обнаружению цветений водорослей. Разработана автоматизированная система обработки и анализа больших массивов флуоресцентных спектральных характеристик культур микроводорослей. Она позволяет определять доминирующие в акватории культуры на уровне рода и оценивать возможность возникновения их цветения. С помощью этой системы можно формировать каталоги эталонных оптических характеристик культур микроводорослей и реализовывать интерактивные алгоритмы обнаружения опасных видов микроводорослей.

Одной из наиболее актуальных задач прикладной нелинейной оптики является увеличение эффективности генерации гармоник лазерного излучения в нелинейных кристаллах. В данной работе теоретически исследуется процесс генерации второй гармоники (ГВГ) в сходящемся (сфокусированном в кристалл) лазерном пучке; оценивается влияние формы амплитудного профиля (ФАП) основного излучения (до линзы) на эффективность ГВГ и оптимальные значения параметров фокусировки и волновой расстройки. Полученные результаты показывают, что в зависимости от ФАП оптимальные значения параметров фокусировки, и особенно волновой расстройки, изменяются в весьма широких пределах. Демонстрирруется сильное влияние ФАП на величину эффективной апертурной длины - основного параметра, ограничивающего эффективность ГВГ. Доказывается, что оптимизация самой ФАП позволяет увеличить максимальную эффективность ГВГ не более чем на ~ 10%.

Представлены результаты исследования пространственного распределения концентрации метана в поверхностной воде оз. Байкал в весенний период. Основой послужили данные измерений, которые впервые были проведены в режиме круглосуточной непрерывной регистрации содержания СН₄ по всей трассе прохода исследовательского судна в комплексных экспедициях ЛИН СО РАН в весенние сезоны 2013, 2016, 2017, 2018, 2021, 2022 гг. По результатам шести экспедиций сформирован объединенный массив данных из 12100 сегментов (шаг 0,005° по широте и 0,01° долготе), суммарная площадь которых составила 4466,7 км², или 14% от поверхности оз. Байкал. Расчет статистических характеристик был осуществлен в четырех зонах: между изобатами 0 и 100 м, 100 и 200 м, 200 и 400 м, свыше 400 м. Проведенное сравнение значений концентраций метана в анализируемом массиве с данными других исследователей, полученными в разные годы на близких участках акватории, позволило заключить, что представленные в работе результаты адекватно отражают наиболее устойчивые особенности пространственной картины распределения концентрации СН₄ в поверхностной воде оз. Байкал в весенние сезоны.