Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2025 номер 3

При освоении полезных ископаемых мирового океана появляется необходимость использования высокоскоростных каналов связи между двумя подводными объектами. Оптическое излучение обеспечивает наибольшую скорость передачи. Однако мутность природных водных систем изменяется в широком диапазоне, поэтому актуальными являются исследования влияния различных компонентов водной взвеси на условия передачи лазерных импульсов. Приведены результаты моделирования распространения оптических импульсов на длине волны 0,514 мкм длительностью 2 нс в воде, содержащей только кластеры нанопузырьков. Показано, что максимальный поток рассеянного на кластерах нанопузырьков излучения на входе в приемник не превышает 10% от потока излучения, прошедшего без рассеяния трассу длиной до 150 м. Расширение лазерного импульса на полувысоте не превышает 30%. Ограничение длины трассы, содержащей лишь кластеры нанопузырьков, обусловлено ослаблением. Результаты работы могут быть полезны для прогноза глубины проникновения солнечной радиации в водоемы при проведении водолазных работ или анализе изображений объектов под водой, а также разработке и эксплуатации аппаратуры подводных открытых оптических линий телекоммуникаций.

Представлены результаты решения задачи об определении температурной зависимости коэффициента уширения линий водяного пара давлением различных буферных газов. Вычислены коэффициенты уширения γ 18 микроволновых линий поглощения молекулы H₂О давлением N₂, O₂, CO₂, воздуха, H₂O, He, Ar, Kr, Xe для температуры T от 30 до 400 К. Использованы модели прямолинейных, параболических и точных траекторий сталкивающихся частиц. Показано, что расчетная зависимость γ( T ) для T ≤ 100 К определяется методом расчета и моделью траекторий сталкивающихся частиц, а при уширении одноатомными газами - используемым межмолекулярным потенциалом взаимодействия. Результаты работы могут применяться в атмосферных приложениях.

Причины возникновения в зимних условиях плотных нефотохимических дымок (смогов) над Пекином до сих пор слабо изучены. Представлены результаты исследования механизма каталитического окисления сернистого газа молекулярным кислородом в частицах аэрозоля и образования плотных нефотохимических дымок. Получены оценки скорости накопления сульфатов в малообводненных частицах аэрозоля. Показано, что быстрое накопление SO₄^2-_(аэр) (десятки мкг × м^-3 × ч^-1) наблюдается лишь при высокой влажности воздуха и кислотности влаги в частицах рН = 3,7÷4,8. Причиной быстрого накопления служит переход в этих условиях каталитического (нефотохимического) окисления SO₂ кислородом воздуха с участием ионов Fe и Mn в быстрый вырождено-разветвленный режим. Возникновение катастрофически опасных атмосферных дымок следует моделировать, учитывая механизм этой каталитической реакции. Полученные данные необходимы в прогнозах возникновения плотных дымок в атмосфере с целью минимизации их опасных последствий для здоровья людей и воздействия на окружающую среду.

Первые результаты исследований элементного состава атмосферного аэрозоля и почв Северного Таджикистана, полученные методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, позволили выявить высокие концентрации отдельных химических элементов в исследованных пробах. Основными источниками аэрозольного загрязнения территории Северного Таджикистана являются выбросы предприятий стройиндустрии, автотранспорта и хозяйственная деятельность человека. Содержащиеся в техногенных частицах тяжелые металлы и мышьяк переносятся воздушными потоками на значительные расстояния. Представлены результаты определения концентраций элементов в составе аэрозольных частиц и почв Северного Таджикистана за период 2020-2022 гг. Рассчитаны коэффициенты обогащения атмосферных аэрозолей тяжелыми металлами и мышьяком. Полученные результаты могут быть использованы в качестве базы данных при дальнейшей разработке и совершенствовании оценки качества атмосферы и почв Северного Таджикистана.

Исследованы особенности внутрисуточной динамики фракционирования аэрозольных частиц приземного воздуха при формировании зимнего аэрозольного поля над обсерваторией «Фоновая» ИОА СО РАН (Томская область). Проанализированы распределения среднечасовых счетных концентраций аэрозольных частиц в совокупности с пространственными распределениями вероятности переноса влагонесущих воздушных масс и с учетом временных интервалов снегонакопления в обсерватории в первую половину зимы 2022/23 г. (с 17.11.2022 г. по 30.01.2023 г.). Установлено, что внутрисуточные вариации среднечасовых счетных концентраций аэрозольных частиц в размерном диапазоне 0,3…2,0 мкм в некоторых случаях определяются действием сил радиометрической природы - «снеговым» фотофорезом, обусловленным проявлением микрофизических свойств аэрозоля в поле уходящего от снежного покрова инфракрасного излучения. Обоснованно предполагается, что «снеговой» фотофорез определенным образом влияет на радиационный баланс зимней атмосферы и должен учитываться при построении транспортных моделей вертикального переноса аэрозолей в нижней тропосфере.

Филаментация мощных фемтосекундных импульсов в газе вызывает большой теоретический и практический интерес с точки зрения исследования масштабных спектральных и временных трансформаций, происходящих с лазерным излучением в среде, для получения сверхширокого (суперконтинуального) излучения. Это излучение востребовано для задач нелинейной фемтосекундной диагностики окружающей среды, передачи оптической информации по атмосферному каналу, современных оптических технологий обработки материалов. Представлены результаты экспериментальных исследований влияния давления газовой среды (азот) в оптической кювете на характеристики фемтосекундного лазерного излучения, распространяющегося в режиме филаментации. Показано, что в условиях повышенного давления азота (до 11 атм) и острой геометрической фокусировки фемтосекундного излучения реализуется его керровская самофокусировка, которая с увеличением давления газа переходит из режима одиночной филаментации в режим формирования множества интенсивных световых нитей - постфиламентов. Вследствие фазовой самомодуляции фемтосекундного импульса и образования плазмы в газе происходит существенное обогащение спектрального состава излучения, а ширина спектра импульса увеличивается практически линейно с повышением давления в кювете. Впервые установлено, что с увеличением остроты начальной фокусировки пучка уширение спектра лазерного импульса приобретает асимметрию и реализуется преимущественно в длинноволновую область. Кроме того, при повышении давления газа в оптической ячейке средний размер образующихся интенсивных световых постфиламентов внутри пучка уменьшается и может составлять доли миллиметра.

В настоящей работе представлены результаты анализа температуры земной поверхности в четырех городах-миллионниках России. Исследования выполнены на основе спутниковых данных Landsat-8 в безоблачные дни с мая по сентябрь 2013-2022 гг. Изучена устойчивость распределения температуры в городах к относительно слабым изменениям метеорологических условий. В качестве факторов, которые оказывают потенциальное влияние на распределение температуры в пределах городской территории, рассмотрены такие морфологические характеристики, как плотность застройки, высота зданий и неоднородность рельефа местности. Результаты анализа показали, что для городов со слабохолмистым и холмистым рельефом наблюдаются устойчивость поля температуры относительно метеорологических условий и высокая корреляция температуры с плотностью застройки. Для г. Красноярска, отличающегося высокой степенью неоднородности рельефа местности, таких закономерностей не выявлено. Показано, что при проектировании жилых районов в крупных городах с относительно плоским рельефом фактор роста локальной температуры заслуживает внимания. Результаты работы могут быть использованы для планирования климатического комфорта в урбанизированных районах.

Прогнозирование уровня загрязнения воздуха газовыми и аэрозольными компонентами в городах приобретает все большую значимость из-за их серьезного негативного воздействия на здоровье населения и растущих экологических рисков. Представлен подход к оценке и коррекции мощности выбросов антропогенных источников загрязнения атмосферы на основе прямого и обратного моделирования. В качестве инструмента прямого моделирования использовалась модель WRF-Chem, а обратного - разрабатываемая авторами система IMDAF. Результаты прямого моделирования обеспечили данные о метеорологических полях и распределении примесей, необходимые для решения сопряженных задач. Метод сопряженных задач позволил вычислить корректирующий коэффициент, определяющий, насколько необходимо изменить мощность источников, попавших в зону чувствительности, для достижения наилучшего согласия с измерениями. Предложенный подход может быть использован для улучшения прогноза качества воздуха, уточнения инвентаризаций антропогенных выбросов и разработки стратегий снижения экологических рисков в глобальном и региональном масштабах.

Предлагается оригинальный метод расчета турбулентных параметров в атмосферном пограничном слое с использованием нестационарной трехмерной трехпараметрической модели турбулентности и алгебраических соотношений для напряжений Рейнольдса и турбулентных потоков тепла. Мезомасштабная модель с такой параметризацией турбулентности в пограничном слое атмосферы была протестирована с помощью данных, полученных на Базовом экспериментальном комплексе ИОА СО РАН. Оценена динамика вертикального распределения некоторых турбулентных параметров в течение суток для условий г. Томска. Сравнение расчетов с измерениями показало, что модель хорошо прогнозирует вертикальные профили температуры, скорости и направления горизонтального ветра. Однако для условий, когда поверхность покрыта снегом, необходимы дальнейшие исследования по учету в модели взаимодействия атмосферного пограничного слоя с поверхностью. Разработанная модель турбулентности может использоваться при численных расчетах параметров атмосферного пограничного слоя с высоким горизонтальным разрешением (шаг сетки 100-1000 м).

Представлены результаты исследований энергетических характеристик лазера на парах меди при накачке активной среды генератором Маркса. Приведена схема генератора с описанием особенностей ее работы, поскольку в качестве коммутаторов используются тиратроны. Показано, что генератор Маркса позволяет поднять верхнюю границу устойчивой работы тиратронов (кратно количеству используемых тиратронов - для двух тиратронов до ~ 8-10 кВ обратного напряжения на аноде тиратронов) и, следовательно, обеспечивает параметры накачки активной среды, недостижимые с одним тиратроном. Продемонстрировано, что энергия в импульсе генерации линейно возрастает с увеличением напряжения на ГРТ и уменьшением частоты следования импульсов возбуждения. Лазер на парах меди с накачкой генератором Маркса является перспективным источником излучения для решения задач высотного зондирования атмосферы, создания искусственных опорных звезд в устройствах адаптивной оптики и активных оптических системах и атмосферных бистатических каналах связи.

Статья посвящена исследованию возможности дистанционного обнаружения капельно-жидких поверхностных следов органофосфатов с помощью метода лазерной фрагментации/лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛФ/ЛИФ). Показано, что процесс образования характеристических PO-фрагментов (молекул оксида фосфора) следов органофосфатов на бумажной поверхности имеет инерционный характер. Установлено, что задержка зондирующего лазерного импульса (247,78 нм) относительно фрагментирующего (266 нм) на 2 мкс приводит к образованию максимальной концентрации PO-фрагментов и увеличению интенсивности их флуоресценции примерно в 7 раз по сравнению с одноимпульсным способом возбуждения и примерно в 2,3 раза по сравнению с одновременным двухимпульсным воздействием. Экспериментальные данные демонстрируют, во-первых, возможность дистанционного обнаружения поверхностных следов органофосфатов в капельно-жидком состоянии методом двухимпульсной ЛФ/ЛИФ; во-вторых - необходимость организации оптимальных условий лазерного воздействия для повышения эффективности процесса ЛФ/ЛИФ. Полученные результаты способствуют дальнейшим исследованиям эффективности обнаружения следов органофосфатов на других типах поверхностей-носителей.