Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2026 номер 7

Полосы поглощения жидкой воды характеризуются модовой структурой, которая определяется наличием сетки водородных связей между молекулами воды различной степени ОН-связанности. Знание параметров структуры воды важно для изучения внешних воздействий на воду. В работе методом ИК-Фурье-спектроскопии исследована температурная зависимость полосы поглощения жидкой воды, соответствующей составной частоте ν + δ (диапазон 4500-5600 см^-1), в интервале температур от +10 до +90 °C. На основе регрессионного анализа спектров предложен метод определения температуры образца по его спектру поглощения с погрешностью, не превышающей 1-2 °C. Путем декомпозиции спектрального контура показано, что наблюдаемые изменения обусловлены перераспределением интенсивности между составляющими модами, которые интерпретируются как вклады молекул воды с различной силой водородных связей. В качестве количественного спектроскопического параметра, характеризующего структуру воды, введен коэффициент связанности воды C(T), задаваемый как отношение интенсивностей низкочастотной моды (~ 4900 см^-1), описывающей количество сильно связанных молекул воды, и высокочастотной моды (~ 5200 см^-1), описывающей количество слабо связанных молекул. Значение C(T) закономерно уменьшается с ростом температуры, отражая уменьшение доли молекул с сильными водородными связями. Погрешность определения коэффициента связанности воды составляет ±4%. Разработанный подход открывает возможности для исследования влияния слабых внешних воздействий на структуру воды.

Высокочувствительный анализ содержания нейтральных газовых компонент, включая пары Н₂О, в высоковакуумных электротехнических установках, предназначенных для получения низкотемпературной плазмы, является актуальной аналитической и метрологической задачей. В настоящей статье представлен спектрофотометр на основе перестраиваемых диодных лазеров, предназначенный для анализа следов молекул Н₂О в вакуумных камерах генераторов низкотемпературной плазмы, базирующихся на использовании ВЧ- и СВЧ-разрядов. Анализ проводился в спектральном диапазоне 7338-7370 см^-1, где расположены колебательно-вращательные линии поглощения Н₂О различной симметрии и интенсивности, в частности спиновых изомеров орто- и пара-Н₂О. Для высокочувствительного анализа следов Н₂О при низких давлениях использовано как детектирование собственно спектров пропускания, так и их производных. Оценена чувствительность к резонансному поглощению и концентрационная чувствительность при детектировании следов Н₂О в разреженной газовой среде.

Рассматривается возможная структура континуального поглощения водяного пара. Представлены результаты расчета континуального поглощения и его температурной зависимости в пределах полосы v₂ H₂O и в ее высокочастотном крыле на основе асимптотической теории крыльев линий с учетом нарушения длинноволнового приближения для центров масс молекул. Для объяснения спектрального и температурного поведения коэффициента континуального поглощения использован один и тот же контур линии во всем исследуемом диапазоне. Результаты исследования важны для задач спектроскопии и распространения излучения в различных средах.

Развитие методов анализа и мониторинга окружающей среды, разработка современных систем связи требует создания достоверных моделей распространения и поглощения лазерного излучения атмосферными компонентами, среди которых ключевую роль играет водяной пар. В настоящей работе представлено описание поглощения пико- и субпикосекундных лазерных импульсов в парах воды с помощью полного коэффициента поглощения (ПКП) в спектральном диапазоне 7000-7450 см^-1. Рассчитана зависимость ПКП от несущей частоты и длительности импульса, а также от толщины поглощающего слоя. Установлены характерные особенности рассматриваемого процесса, обусловленные спецификой сверхбыстрого электромагнитного взаимодействия. Предложенный подход позволит упростить расчет и анализ поглощения лазерных импульсов в парах воды в ближнем инфракрасном диапазоне.

Вторая часть статьи продолжает численные исследования полей турбулентности конвективной и динамической природы, возникающих в окрестности группы наклонных линейных протяженных оптических источников. В настоящей работе исследованы конвективные движения воздуха в вертикальной конфигурации незамкнутого помещения оптических систем при наличии внешнего ветрового воздействия. Начальные и граничные условия решаемой краевой задачи подобны условиям для горизонтальной конфигурации, геометрические и энергетические характеристики оптических источников аналогичны; состав и объем проведенных исследований - такие же, как в первой части работы. Показаны сходства и различия между результатами для двух конфигураций.

Стратосферный фоновый аэрозоль играет важнейшую роль в формировании радиационного баланса Земли и химических процессах озонового слоя. Долговременный мониторинг его естественного состояния при отсутствии крупных вулканических извержений необходим для корректной оценки региональных и глобальных климатических изменений. В работе представлены результаты экспериментального исследования динамики наполнения стратосферы фоновым аэрозолем над Западной Сибирью в 2017-2025 гг. Рассматриваемый временной интервал характеризовался отсутствием крупных вулканических извержений глобального масштаба, что позволило выявить естественные вариации фоновой аэрозольной компоненты. Наблюдения выполнены на лидарном комплексе Института оптики атмосферы СО РАН (г. Томск) методом упругого рассеяния на длине волны 532 нм. Для повышения достоверности оценок применена комплексная методика статистического анализа временных рядов, включающая сезонную декомпозицию и итеративное удаление статистических аномалий (по критерию Z-оценки), что позволило минимизировать влияние кратковременных локальных возмущений, включая следы лесных пожаров и инструментальные аномалии. Результаты показали, что в долгосрочной перспективе общий уровень фонового стратосферного аэрозоля статистически стабилен и не демонстрирует значимого тренда. Однако выявлена четкая сезонная асимметрия: летний период характеризуется статистически значимым восходящим трендом аэрозольной нагрузки, тогда как весной наблюдается устойчивая тенденция к ее снижению. Внутригодовая динамика имеет выраженный циклический характер. Максимум аэрозольного наполнения приходится на зиму, а минимум - на лето, что соответствует трехкратному различию в интегральном коэффициенте обратного аэрозольного рассеяния. Полученные результаты представляют ценность для верификации климатических моделей, а также для формирования региональной базы данных фонового состояния стратосферы в условиях минимальной вулканической активности.

Основной проблемой в исследовании атмосферных ледяных частиц является недостаток информации об их морфологии и размерах, поскольку традиционные методы активного и пассивного мониторинга не позволяют достоверно определить эти параметры из-за физических ограничений используемых длин волн и пространственного разрешения. Это обусловливает необходимость применения альтернативных подходов, таких как использование лидаров, работающих на длинах волн ближнего ИК-диапазона, на которых проявляется эффект поглощения излучения ледяными частицами. Из-за этого эффекта возникает разница в лидарных сигналах, что открывает возможность восстановления размера частиц с помощью спектрального отношения. В настоящей работе исследуется зависимость спектрального отношения от формы и размера атмосферных ледяных частиц размерами от 5 до 1000 мкм, характерных для облаков верхнего яруса. Обнаружена зависимость спектрального отношения от характерного размера исследуемых частиц для длин волн ближнего инфракрасного (1,55; 2 и 2,15 мкм) и видимого (0,355; 0,532 и 1,064 мкм) диапазонов. Для анализа использовался банк данных матриц обратного рассеяния света ScIce-2023 для частиц хаотической пространственной ориентации и однократного рассеяния. Из банка были выбраны данные для нескольких форм частиц, свойственным ледяным облакам, в диапазоне длин волн падающего излучения от 0,355 до 2,150 мкм. Полученные результаты могут применяться для интерпретации данных лазерного зондирования кристаллических облаков.

Периодические колебания оптических свойств атмосферы и климатические изменения зависят от интенсивности поступающей солнечной радиации. В настоящей работе представлены результаты исследования вариаций солнечной радиации, обусловленных возмущениями орбитального движения Земли Луной и планетами солнечной системы. Проанализированы короткопериодные колебания инсоляции Земли в диапазоне периодов от 3 мес. до 30 лет с 1300 по 3000 г. н.э. Оценены амплитуды, периоды и фазы основных короткопериодных колебаний для 12 астрономических месяцев и широт от 90° ю.ш. до 90° с.ш. Результаты расчетов сезонных и широтных зависимостей периодов и амплитуд солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу атмосферы, показали, что периоды колебаний от 3 до 30 лет практически постоянны и не зависят от широты и времени. Вблизи равноденствий вариации амплитуд этих колебаний, обусловленных возмущениями орбиты Земли Венерой, Марсом, Юпитером и Сатурном, примерно симметричны относительно экватора, а вблизи солнцестояний область максимальных значений амплитуд инсоляции сдвигается в сторону высоких широт летнего полушария. Вероятно, впервые показано, что для всех широтных зон существуют два близко расположенных колебания с периодами 2,6702 ± 0,0001 и 2,7154 ± 0,0001 года с различными зависимостями от широты и времени. Широтно-временные вариации колебания 2,71 года схожи с вариациями связанного с Луной нутационного колебания 18,6 года с минимумом на экваторе и максимумом в высоких широтах, а вариации колебания 2,67 года обусловлены возмущениями орбиты Земли Венерой. Результаты расчетов могут быть полезны при построении климатических моделей и анализе влияния короткопериодных вариаций инсоляции на различные геофизические и другие процессы.

Радиационный баланс подстилающей поверхности ( В ) входит в число климатообразующих факторов и представляет большой интерес в условиях современного изменения климата. В данной работе представлены результаты измерений составляющих В : собственного излучения земной поверхности ( E _з) и встречного длинноволнового излучения атмосферы ( E _а), - в фоновом районе Западной Сибири в 2021-2024 гг. Определены пределы изменчивости (часовой, суточной, месячной), а также экстремальные часовые и суточные суммы и среднечасовые значения E _а и E _з; детально проанализированы их суточные вариации. Максимальная амплитуда среднесуточного хода E _з отмечается в летние месяцы (Δ E _з = 50-70 Вт/м²), зимой они значительно меньше (Δ E _з = 7-11 Вт/м²). Суточный ход E _а выражен слабо вне зависимости от сезона; его амплитуда в течение года в 2,5-3,5 раза меньше амплитуды E _з. Сплошная облачность увеличивает противоизлучение атмосферы на 40-80 Вт/м² по сравнению с условиями ясного неба. Доказана достоверность полученных данных по критериям контроля длинноволновых составляющих радиационного баланса, определенным для сети станций Росгидромета. Результаты работы представляют интерес для анализа закономерностей изменения климата и проверки радиационных схем.

Обеспечение безопасности от угроз, связанных с применением взрывных устройств, требует разработки эффективных методов дистанционного обнаружения следов взрывчатых веществ на различных поверхностях. Представлены результаты исследования, направленного на повышение эффективности метода лазерной фрагментации/лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛФ/ЛИФ) при дистанционном обнаружении поверхностных следов нитросоединений. На примере следов тринитротолуола (ТНТ) экспериментально показано, что разнесение во времени фрагментирующего и зондирующего импульсов позволяет многократно увеличить эффективность процесса ЛФ/ЛИФ по сравнению с одноимпульсным и одновременным двухимпульсным воздействием. Представлены количественные данные об относительной интенсивности флуоресценции NO-фрагментов следов ТНТ в зависимости от плотности энергии излучения фрагментирующего Nd:YAG-лазера (266,038 нм) и зондирующего KrF-лазера (247,866 нм) при оптимальной задержке (200 нс) между их импульсами. Полученные результаты могут быть использованы для увеличения чувствительности и дальности обнаружения следов нитросоединений методом ЛФ/ЛИФ.

В настоящей работе представлена российская автоматическая камерная система КАСМ-8, предназначенная для долговременного высокочастотного мониторинга потоков диоксида углерода (CO₂) и метана (CH₄); описаны конструктивные особенности комплекса и методика измерений и обработки данных с фильтрацией выбросов и оценкой погрешностей. Апробация системы проведена в 2023-2024 гг. на карбоновом полигоне «Мухрино» (ХМАО-Югра) и стационаре «Васюганье» (Томская область) в грядово-мочажинных комплексах верховых болот. Полученные высокочастотные ряды данных (192 измерения в сутки) выявили фундаментальные различия в углеродном обмене между элементами микроландшафта: мочажины функционируют как нетто-поглотитель CO₂ (на полигоне «Мухрино» среднее NEE от -0,19 до -0,28 мкмоль × м^-2 × с^-1), а гряды являются его источниками (среднее NEE 0,17 мкмоль × м^-2 × с^-1); на стационаре «Васюганье» зафиксированы меньшая интенсивность поглощения CO₂ мочажинами и более высокие эмиссионные потоки с гряд. Обнаружена выраженная суточная, сезонная и межгодовая динамика потоков. Полученные результаты подтверждают надежность работы комплекса КАСМ-8 и могут использоваться при учете пространственной неоднородности болотных микроландшафтов для оценки углеродного баланса в рамках климатических проектов и создания систем долговременного мониторинга.