Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2025 номер 2

Исследуются вклады в континуальное поглощение водяным паром, обусловленные различными физическими механизмами. Разность между континуальным поглощением водяным паром, рассчитанным по асимптотической теории крыльев линий, и найденным из эксперимента представляет собой сумму поглощения стабильными димерами и поглощения, обусловленного какими-либо другими поглощающими объектами. Это «неопознанное» поглощение было найдено для интервалов с центрами 8800 и 10600 см^-1. Спектральный ход «неопознанного» поглощения оказался подобен ходу, полученному в случае моделирования континуального поглощения димерами Н₂О через константы равновесия соответствующих реакций. Разность кривых «неопознанного» поглощения, найденная в двух методах, может рассматриваться как нижняя граница поглощения крыльями мономера. Среди графиков, имеющихся в информационной системе GrafOnto, были найдены графики, качественно подобные «неопознанному» поглощению. Результаты можно считать обнадеживающими, но не окончательными, так как система содержит лишь ограниченный набор веществ.

Для количественной оценки радиационного воздействия на климатическую систему важнейшим фактором является определение типов атмосферного аэрозоля. В настоящее время существуют различные способы классификации аэрозольных частиц, но большинство из них не учитывают региональные особенности параметров атмосферного аэрозоля. На основе архивных данных фотометрических наблюдений сети мониторинга AERONET на Среднем Урале предложена версия классификации ключевых типов аэрозольных частиц по спектральным значениям аэрозольной оптической толщи методом k -средних. В качестве начальных центров кластеров задавались спектральные значения коэффициентов ослабления излучения, рассчитанные с помощью пакета MOPSMAP по данным региональной аэрозольной модели MUrA и глобальной модели CALIPSO. Выделено пять типов аэрозолей: пыль, чистый континентальный (фоновый), загрязненный континентальный/дым, загрязненная пыль, высокие дымы. Анализ данных, полученных за период 2004-2021 гг., показал, что чистый континентальный аэрозоль и пыль наиболее распространены на территории Среднего Урала (26 и 25% наблюдений соответственно), а доля загрязненных континентальных/дымов составляет 20%. Предлагаемый подход позволяет оценить преобладающий тип аэрозоля в столбе атмосферы в пунктах мониторинга и тем самым существенно дополнить информацию, получаемую при выполнении спектральных наземных фотометрических измерений.

Представлены результаты самолетных лидарных измерений пространственного распределения относительной концентрации хлорофилла а в поверхностных водах Карского моря, которая определялась методом лазерно-индуцируемой флуоресценции. Для нормировки одновременно осуществлялась регистрация интенсивности сигнала комбинационного рассеяния излучения водой. Результаты пространственного распределения нормированной интенсивности флуоресценции получены на трех участках полета в юго-западном регионе Карского моря. Для двух участков шельфовой зоны возле западного побережья п-ва Ямал пространственное распределение интенсивности флуоресценции достаточно однородное с коэффициентами вариации 9 и 15%. Третий участок в районе северной оконечности п-ва Ямал характеризуется мощным влиянием материкового речного стока, что проявляется в наличии резких фронтальных зон с масштабами 5-10 км, где коэффициент вариации нормированной интенсивности флуоресценции Cl достигает 40%. В вариации значений Cl на этом участке преимущественный вклад вносит сильная изменчивость нормировочных сигналов комбинационного рассеяния и в гораздо меньшей степени изменение интенсивности флуоресценции. Рассмотрены факторы, влияющие на изменчивость сигналов комбинационного рассеяния. Синхронные измерения in situ с борта судна и дистанционные с борта самолета позволили оценить размерный калибровочный коэффициент k_Cl = 1,03 ± 0,09 мкг/л для первых двух участков зондирования поверхностных вод Карского моря.

Приводятся результаты микроволновых наблюдений содержания озона средней атмосферы над Апатитами (67° с.ш., 33° в.д.) в зимний сезон 2022/23 г., который пришелся на период высокой активности Солнца в 25-м цикле. В измерениях был использован мобильный озонометр с рабочей частотой 110,8 ГГц. Прибор имел однополосную шумовую температуру 2500 К, что позволило отслеживать вариации содержания О₃ с 15-минутным временным разрешением на высотах средней атмосферы. Получены оценки вертикального профиля содержания озона на высотах 22-60 км. Результаты сопоставлены с бортовыми данными MLS/Aura о высотных профилях содержания озона и температуры. Вариации содержания озона проходили на фоне внезапного стратосферного потепления, которое случилось в середине февраля и сопровождалось экстраординарным ростом общего содержания озона от 240 до 500 е.Д. Приведены пределы изменений содержания озона на высотных уровнях 25, 40 и 60 км. Обсуждается влияние интенсивного геомагнитного возмущения (шторма) 23-24 марта на суточный ход содержания озона на высоте 60 км. Результаты исследования вносят вклад в понимание влияния солнечной активности на климат Земли.

Одним из маркеров происходящих климатических изменений является эволюция режима облачности как над отдельно взятыми регионами, так и всей планетой в целом. В рамках этого направления представлены результаты оценки многолетней изменчивости структуры многослойной облачности оптической толщиной менее 15 над Западной и Восточной Сибирью в летний и зимний сезоны 2006-2023 гг. в дневное время суток по данным лидара CALIOP (спутник CALIPSO). Методика анализа основана на использовании результатов классификации облачности по ежедневным данным лидара CALIOP, вычислении сезонных значений повторяемости каждой комбинации типов облаков в многослойной структуре, построении временных рядов, определении трендов и оценке их характеристик. Установлено, что доля облаков с различным числом слоев над обоими регионами за рассматриваемый период существенно не изменилась. В Западной Сибири доля двухслойных облаков составляет 68% летом и 71% зимой, а в Восточной Сибири - 71 и 75% соответственно. Доля трехслойных облаков в Западной Сибири достигает 27% летом и 25% зимой, а в Восточной - 26% и 23%. Доли четырех- и пятислойных облаков в обоих регионах совместно не превышают 5% и практически одинаковы в оба сезона. Определены наиболее часто повторяющиеся комбинации разновидностей облаков в многослойной облачности над Западной и Восточной Сибирью. Представлены оценки линейных трендов изменения доли наиболее распространенных сочетаний в многослойной облачности за рассматриваемый период. Полученные результаты могут способствовать повышению точности климатических моделей и улучшению оценок радиационного переноса.

Изучению перистых облаков в настоящее время уделяется пристальное внимание, поскольку они играют важную роль в формировании климата нашей планеты. Исследования проводятся в основном методами лазерного зондирования атмосферы, интерпретация данных которого требует наличия адекватной оптической модели перистых облаков. Однако большинство существующих оптических моделей разработаны в предположении хаотической ориентации частиц в пространстве, что, согласно последним экспериментальным данным, часто не соответствует действительности. В настоящей статье представлена оптическая модель перистых облаков с учетом преимущественной горизонтальной ориентации частиц в облаке. В качестве квазигоризонтально ориентированных частиц присутствуют идеальные гексагональные пластинки и столбики, а также полые столбики; хаотически ориентированными частицами выступают гексагональные пластинки и столбики, дроксталлы и буллиты, частицы неправильной формы и агрегаты таких частиц. Предложенная модель имеет важное значение для создания алгоритмов интерпретации лидарных данных при зондировании перистых облаков.

Облака являются естественным регулятором приходящей к земной поверхности солнечной энергии, поэтому наземный мониторинг облачности играет важную роль. Представлен способ детектирования большинства форм высококучевых и слоисто-кучевых облаков и облаков вертикального развития и определения их среднего (4-7) и высокого (8-10) баллов, основанный на статистическом анализе непрерывных рядов измеренной суммарной радиации. Облака делятся на два класса по степени их влияния на неоднородность формируемых рядов - класс облачности «кучевая Cu » и класс облачности «кучевообразная Cuf ». В качестве анализируемых характеристик ряда используются коэффициент вариации и величина размаха. Апробация способа показала, что кучевообразная облачность детектируется с точностью 94% при полноте выборки 63%, а балл облачности определяется с погрешностью не более 21%. Результаты работы могут быть использованы в метеорологических и климатологических исследованиях.

Неотъемлемой частью любого анализатора является сенсор. Внимание к разработкам высокоэффективных чувствительных элементов для обнаружения различных веществ в окружающей атмосфере не ослабевает. Среди множества типов сенсоров выделяются оптические, способные работать в лазерном режиме. Они имеют бóльшую чувствительность по сравнению с флуоресцентными. В работе описаны сенсорные свойства фотовозбуждаемого активного волновода с матрицей из полиметилметакрилата, допированного красителем «Нильский красный». Изучены пороговые характеристики лазерной генерации красителя. Показана чувствительность смеси аргона с углекислым газом (0,8%), смеси аргона с закисью азота (0,8%) при атмосферном давлении в активном волноводе в условиях генерации. Обсуждаются возможные механизмы понижения порога генерации при наличии детектируемых веществ. Результаты работы могут быть использованы при создании сенсоров для обнаружения различных веществ в газовых средах.

Оптический неразрушающий контроль является востребованным при разработке технических решений для контроля различных объектов, подверженных деформации. При этом использование цифровой корреляции изображений (DIC - Digital image Correlation) позволяет проводить оценку деформации, строить поля смещений без непосредственного контакта с наблюдаемой поверхностью. В рамках работы проведено сравнение трех методов расчета деформации тестового объекта с использованием открытых программных продуктов. Определена точность каждого метода, обозначены границы применимости. Установлено, что пространственная корреляция обеспечивает для многих случаев приемлемую точность в ограниченном диапазоне деформаций (~ 5%). При тех же условиях инкрементальная корреляция позволила рассчитать значения деформации при большом растяжении (до 37,26%). Данная методика разрабатывалась для апробации на практике при термических испытаниях зеркальных элементов, включенных в состав лазерно-абсорбционного комплекса для дистанционного газоанализа атмосферы. Результаты исследования могут использоваться при разработке программных средств неразрушающего контроля.

Техника формирования лазерной опорной звезды (ЛОЗ) является неотъемлемым элементом адаптивной оптической системы наземного телескопа. Основным ограничением натриевых ЛОЗ, сформированных на основе резонансной флуоресценции мезосферных атомов натрия, является их низкая яркость. Для оценки возможности создания ЛОЗ на основе флуоресценции других металлов в мезосфере рассчитана эффективность схем возбуждения атомов калия и никеля с учетом содержания соответствующих видов атомов в мезосфере. Вычислен относительный обратный поток флуоресценции для переходов атомов калия и никеля. Проведено сравнение с результатами для атомов натрия. Полученные данные могут быть использованы при создании систем адаптивной оптики с искусственными опорными источниками для наземных телескопов и разработке мезосферных лидаров.

Техника формирования лазерной опорной звезды (ЛОЗ) является неотъемлемым элементом адаптивной оптической системы наземного телескопа. Основным ограничением натриевых ЛОЗ, сформированных на основе резонансной флуоресценции мезосферных атомов натрия, является их низкая яркость. Для оценки возможности создания ЛОЗ на основе флуоресценции других металлов в мезосфере рассчитана эффективность схем возбуждения атомов железа с учетом содержания соответствующих видов атомов в мезосфере. Вычислен относительный обратный поток флуоресценции для переходов атомов железа. Проведено сравнение с результатами для атомов калия, никеля и натрия. Полученные данные могут быть использованы при создании систем адаптивной оптики с искусственными опорными источниками для наземных телескопов и разработке мезосферных лидаров.