Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2025 номер 1

Настоящим выпуском мы открываем очередной том журнала «Оптика атмосферы и океана». Журнал был создан в соответствии с Постановлением Президиума АН СССР № 859 от 15 сентября 1987 г., в котором сказано: «Поручить Институту оптики атмосферы Сибирского отделения АН СССР всю необходимую работу для обеспечения регулярного и своевременного выпуска журнала». Пост главного редактора журнала «Оптика атмосферы» был доверен академику В.Е. Зуеву.

Канал оптической связи вне прямой видимости с БПЛА через границу раздела «вода - атмосфера» позволяет снять ограничение расположения БПЛА в пределах угла расходимости передающей системы во время сеанса связи. В предшествующих работах возможности такого канала связи не рассматривались. Экспериментально и теоретически оцениваются возможности канала лазерной оптической связи вне прямой видимости между подводной передающей системой и беспилотным летательным аппаратом (БПЛА), находящимся в атмосфере. Полевые эксперименты подтверждают возможность организации устойчивой оптической связи вне прямой видимости между подводной передающей системой и БПЛА на базовых расстояниях до 90 м и высоте полета БПЛА 30 м над поверхностью земли. Моделирование канала связи показывает, что при небольших базовых расстояниях полезный сигнал формируется главным образом рассеянным в атмосфере излучением, а при больших базовых расстояниях - рассеянным в воде излучением, поэтому при высокой мутности воды (глубина видимости 3 м) полезный сигнал наибольший. Полученные результаты позволили проанализировать основные закономерности формирования полезного сигнала в рассматриваемом канале связи и являются основой для создания систем связи через границу раздела «вода - атмосфера».

В неоднородных средах распространения оптического излучения дальность обнаружения объектов телевизионными измерительными системами снижается в результате влияния помехи обратного рассеяния (ПОР). Активно-импульсные телевизионные измерительные системы (АИ ТИС) позволяют подавить значительную часть ПОР, однако остаточное влияние на точность измерения дальности требует оценки. В качестве исходного материала взяты 30 видеозаписей, полученных в Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН для двух многозонных методов измерения дальности и пяти метеорологических сред распространения оптического излучения. Проведена оценка влияния ПОР на формы измерительных функций АИ ТИС по дальности. Созданы методы восстановления формы измерительных функций по дальности при работе АИ ТИС в мутных средах. Для минимизации влияния ПОР предложены методы вычисления и вычитания коэффициентов, а также удаления постоянной составляющей спектра. Методы апробированы на экспериментальных видеозаписях. Лучший результат был достигнут при использовании метода вычисления и вычитания коэффициентов для видеозаписей при работе АИ ТИС в режиме многозонного метода измерения дальности, в среднем среднеквадратическое отклонение было уменьшено в 4,5 раза. Результаты работы могут быть использованы для повышения эффективности навигации автономных мобильных роботов в сложных метеорологических условиях (туман, дым и т.д.) и под водой.

Показано, что развитие теории турбулентности должно быть направлено на анализ не только вихревой несжимаемой, но и адиабатической компоненты, прежде всего флуктуаций давления и плотности. Интенсивность флуктуаций давления в турбулентном потоке сопоставляется с флуктуациями потенциально доступной энергии лагранжевых частиц. Предложено уравнение, связывающее выравнивание флуктуаций энтропии в турбулентной среде со скоростью генерации адиабатических флуктуаций. По измерениям в атмосферном пограничном слое оценивается постоянная скорости выравнивания флуктуаций энтропии или скорости звука. Эта постоянная позволяет связать интегральный пространственный масштаб турбулентных вихрей со среднеквадратичным отклонением флуктуаций скорости звука в атмосферном пограничном слое. Построены оценки амплитуды адиабатического шума в турбулентной среде и показана связь его энергии со временем корреляции вихревых флуктуаций скоростей.

Возникающая при массовых лесных пожарах дымная мгла радикально меняет радиационный режим атмосферы на больших территориях. Изменчивость потоков коротковолновой радиации в задымленной атмосфере обусловлена вариациями оптических и микрофизических характеристик дымового аэрозоля, включая спектральные зависимости мнимой части коэффициента преломления, которые определяются присутствием в частицах дымового аэрозоля черного углерода, коричневого углерода и селективно поглощающих радиацию органических соединений. В работе с использованием данных AERONET проанализированы вышеуказанные спектральные зависимости во время массовых лесных пожаров на Аляске в 2019 г. и в Канаде в 2023 г., в том числе при экстремальном поглощении радиации черным углеродом и коричневым углеродом, когда мнимая часть коэффициента преломления на длине волны 440 нм достигала 0,50 и 0,27 соответственно. Обнаружены умеренные проявления селективного поглощения радиации дымовым аэрозолем в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Предложены аппроксимации спектральных зависимостей мнимой части коэффициента преломления. Приведены оценки аэрозольного радиационного форсинга на верхней границе атмосферы для экстремальных проявлений поглощения радиации в видимой и ближней инфракрасной областях спектра черным углеродом, коричневым углеродом и при аномальном селективном поглощении. Полученные результаты представляют интерес при оценке изменчивости радиационного режима атмосферы и при разработке методов дистанционного зондирования атмосферы.

Внебольничная пневмония относится к числу наиболее распространенных острых инфекционных заболеваний. Согласно данным официальной статистики в структуре смертности населения от болезней органов дыхания в РФ за период 2005-2017 гг. на долю пневмоний приходилось до 50%. Одним из малоизученных факторов риска развития внебольничной пневмонии является приземный озон как ключевой компонент городского смога. Исследуется влияние приземного озона на заболеваемость внебольничной пневмонией жителей Москвы в теплое время года за пятилетний промежуток (2006-2009, 2011 гг.). Показано, что летом приземный озон способствует увеличению числа случаев заболеваний жителей Москвы внебольничной пневмонией. Среднесуточная приземная концентрация озона, равная 60-80 мкг/м³, способна увеличить число случаев заболевания внебольничной пневмонией жителей Москвы на 30% по сравнению с периодами малой концентрации озона, особенно в совокупности с неблагоприятными метеоусловиями: высокой температурой и низкой влажностью воздуха. Уникальные результаты нашего исследования, полученные на основе длинного ряда данных, помогут специалистам в областях экологии и медицины сделать более безопасной воздушную среду для городских жителей.

Разработаны алгоритмы статистического моделирования поляризованного сигнала, регистрируемого фотоприемником лазерной навигационной системы, предназначенной для безопасной посадки воздушных судов. Методом Монте-Карло оцениваются угловые распределения параметров Стокса излучения, регистрируемого приемником, а также анализируется влияние рассеяния различной кратности на суммарный регистрируемый сигнал и степень его поляризации. Проведены расчеты интенсивности сигнала при использовании линейных поляризационных фильтров. Разработанные алгоритмы позволяют оценить эффективность работы лазерной системы навигации с учетом поляризации излучения для различных метеорологических условий и возможность повышения контрастности сигнала за счет применения поляризационных фильтров.

Аэрозоль природных пожаров существенно влияет на радиационные характеристики стратосферы. Имеющиеся по этому типу аэрозоля данные относятся к отдельным эпизодам появления плотных локализованных по высоте слоев. Оптические характеристики фоновой составляющей аэрозолей природных пожаров остаются неизвестными. Для их определения выполнена обработка двухволновых (355 и 532 нм) лидарных измерений в г. Обнинске за 2012-2023 гг. Интерпретация лидарных данных проводится на основе предложенной в работе двухкомпонентной модели стратосферного аэрозоля. Наряду с основным компонентом (сернокислотным аэрозолем) рассматривается аэрозоль природных пожаров (коричневая сажа). По результатам проведенной обработки получены оценки характерного значения оптической толщины коричневой сажи в слое 10-30 км ~ 0,012 и 0,0013 по ослаблению и ~ 7,1 × 10^-3 и 3,5 × 10^-4 по поглощению на длинах волн 355 и 532 нм. Полученные результаты могут быть использованы при разработке усовершенствованных радиационных моделей стратосферы.

Перспективным методом исследования структуры течения в турбулентных сверхзвуковых струях является бесконтактный метод лазерного просвечивания. Интерпретация результатов эксперимента - нетривиальная задача, особенно в части, касающейся турбулентности, вследствие пространственной неоднородности полей газодинамических характеристик. В настоящей статье проводится анализ спектрального состава турбулентности в аксиально симметричных струях в корневой области (до смыкания слоев смешения) на основе результатов лазерного просвечивания. Представлены результаты экспериментальных исследований флуктуаций интенсивности лазерного пучка, распространяющегося через сверхзвуковую затопленную струю. Спектральная плотность мощности флуктуаций полностью соответствует известным экспериментальным и расчетным спектрам для движущейся турбулентной атмосферы, за исключением высокочастотного интервала. Спектр в этом интервале представляет собой суперпозицию двух степенных компонент, показатель одной из них близок к известному значению -14/3, другой - меньше. Показано, что это обусловлено различием скоростей движения и структурой вихревых потоков во внешней и внутренней областях слоя смешения. Полученные результаты могут быть применены при расчете газодинамических характеристик и акустического излучения нерасчетных струй реактивных двигателей.

Повышение в атмосфере уровня концентрации парниковых газов за счет естественного и антропогенного воздействия в настоящее время считается определяющим фактором изменения климата и глобального потепления. В связи с этим необходимо развивать новые технологии мониторинга парниковых газов с высоким пространственно-временным разрешением и точностью, а именно лазерные дистанционные (лидарные) системы, которые в отличие от стандартных контактных методов газоанализа позволяют проводить более точные и информативные измерения концентраций парниковых газовых составляющих атмосферы. Приведены характеристики и описание дифференциальных лидаров для мониторинга метана, углекислого газа, водяного пара, озона и других газовых компонент. Выполнены систематизация и анализ результатов разработки наземных стационарных лидарных систем дифференциального поглощения для лазерного дистанционного зондирования основных парниковых газов в атмосфере за последние 25 лет. Данный обзор может быть полезен специалистам в области разработки систем дистанционного газоанализа атмосферы.