Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2026 номер 9

На основе представления решения стохастического волнового уравнения для точечного источника в виде континуального интеграла (интеграла по траекториям) получена формула для функции пространственной когерентности распространяющейся в атмосфере сферической волны, учитывающая всю совокупность виртуальных траекторий в континуальном интеграле. Для колмогоровской модели спектра турбулентности выполнены расчеты пространственной когерентности сферической волны при различных отношениях длины трассы к длине волны. Проведено сравнение полученных результатов с расчетами в параболическом приближении. Определены условия, при которых расчеты функции когерентности на основе волнового и параболического уравнений совпадают. Строго обосновано геометрооптическое приближение в расчетах функции пространственной когерентности на основе континуального интеграла. Установлено, что виртуальная траектория в виде прямой линии, соединяющей источник и приемник, единственная учитываемая в геометрооптическом приближении, полностью определяет когерентные свойства волны в турбулентной атмосфере. Результаты работы могут найти применение при решении задач распространения волн радиодиапазона в случайных средах.

Впервые получено выражение для функции пространственной корреляции слабых флуктуаций интенсивности распространяющейся в турбулентной атмосфере сферической волны, основанное на решении стохастического волнового уравнения Гельмгольца в виде континуального интеграла. С использованием найденного выражения выполнены расчеты функции пространственной корреляции интенсивности для колмогоровской модели спектра турбулентности при различных отношениях длины трассы к длине волны. Сравнение с результатами, полученными в параболическом приближении, показало, что расчеты функции корреляции интенсивности по формулам, полученным на основе волнового и параболического уравнений, дают практически одинаковые результаты независимо от отношения длины трассы к длине волны. Это доказывает применимость параболического уравнения для расчетов слабых флуктуаций интенсивности сферической волны не только в оптическом, но и в значительно более длинноволновом диапазоне.

Оксид азота входит в пятерку наиболее значимых парниковых газов, оказывающих весомое влияние на глобальное потепление, а также является активным участником процессов разрушения стратосферного озона. В связи с этим исследование уширения N₂O атмосферными газами имеет важное значение. В настоящей работе представлены рассчитанные коэффициенты уширения и сдвига линий N₂O собственным давлением и давлением воздуха, соответствующих колебательно-вращательным переходам в полосе 3ν₁ + 4ν₃, при комнатной температуре (вращательное квантовое число | m | варьируется от 3 до 72). Вычисления выполнялись с помощью полуэмпирического метода, основанного на полуклассическом подходе, модифицированном путем введения поправочного коэффициента в расчетную схему. Представлено сравнение коэффициентов уширения линий N₂O под действием собственного давления и давления воздуха с литературными данными; рассмотрена колебательная зависимость полученных значений. Результаты работы могут применяться для уточнения спектроскопической информации в базе данных HITRAN.

Представлены результаты вычислений коэффициентов уширения (γ) и сдвига (δ) линий поглощения молекулы H₂О давлением водорода в диапазоне 0,6-12160 см^-1 для температур T от 30 до 1000 К. Использован полуклассический метод расчета с моделью точных траекторий для сталкивающихся частиц. Разработана аналитическая модель, позволяющая рассчитать температурную зависимость коэффициентов γ в широком спектральном интервале для 70 ≤ T ≤ 600 К. Отдельно определены температурные показатели для 26 переходов из терагерцового диапазона; для коэффициентов δ температурные показатели определены для среднего по полосе значения сдвига. Результаты работы могут применяться в астрофизических приложениях.

В настоящей работе рассматриваются актуальные задачи аналитического описания флуктуаций параметров оптических волн при их распространении в турбулентной среде с неколмогоровским спектром. Получены расчетные формулы, отражающие зависимость этих флуктуаций от характеристик среды. Основной метод исследования сочетает теоретический анализ с численным моделированием атмосферных процессов. В предположении о независимости интегральной энергии турбулентности от вида ее спектра установлены соотношения между структурными параметрами показателя преломления для различных типов турбулентности. Полученные результаты позволяют адаптировать параметры оптических волн при переходе от одного закона спектрального распределения к другому и могут быть использованы при проектировании систем адаптивной оптики и мониторинге турбулентности на атмосферных трассах.

Глобальное потепление остается актуальной проблемой; его основная причина - рост концентраций парниковых газов. Несмотря на значительный объем исследований парниковых газов в атмосфере Земли, неопределенность в оценке их бюджета сохраняется на уровне 5-7%. Для ее уменьшения в настоящей работе исследуются мезомасшабные неоднородности газовых компонентов на различных высотах. Анализ, основанный на данных самолетного зондирования, выявил уменьшение разности концентраций СН₄, СО₂ и СО с высотой. Установлено, что такие зависимости устойчивы во времени. Для озона такой закономерности не обнаружено. В интервале высот от 0,5 до 7 км разность концентраций сокращается в 4-9 раз. Горизонтальные градиенты концентраций О₃ составили 0,19-0,32 млрд^-1/км, СН₄ - 0,12-0,99 млрд^-1/км, СО₂ - 0,02-0,17 млн^-1/км, СО - 0,60-2,23 млрд^-1/км. Полученные результаты расширяют знания о динамике парниковых газов на мезомасштабном уровне и могут быть использованы при разработке требований к точности измерений и масштабированию расчетов их баланса в атмосфере.

Озоновый слой стратосферы играет важную роль, защищая биосферу Земли от вредного воздействия ультрафиолетовой компоненты солнечного излучения. В связи с этим контроль состояния озонового слоя в отдельных районах Земли и исследование его изменений под воздействием различных факторов являются актуальными задачами. Представлены результаты анализа влияния динамических процессов атмосферы на содержание озона в слое от 12 до 35 км над г. Обнинском (55° с.ш.) на основе данных лидарных и спутниковых измерений с 2013 по 2025 г. Установлено, что в период с января по март существенным фактором внутрисезонных вариаций содержания озона в средней стратосфере (20-35 км) является смещения полярного стратосферного вихря; в нижней стратосфере (12-20 км) вариации озона происходят в результате смены направления меридиональной адвекции. Межгодовые вариации февральского содержания озона коррелируют с квазидвухлетними колебаниями экваториального ветра и уровнем солнечной активности. Приводятся количественные оценки влияния указанных факторов на содержание стратосферного озона. Полученные результаты могут быть полезны при разработке численных моделей озонового слоя и прогнозирования его будущих изменений в условиях меняющегося климата.

Оценка эмиссий метана с поверхности арктических шельфовых морей остается одной из наименее изученных проблем при исследовании глобального баланса парниковых газов из-за крайней разреженности сети наблюдений в высоких широтах. Представлены результаты непрерывных судовых измерений концентраций CH₄ и CO₂ в приводном слое атмосферы Карского и Баренцева морей в ходе 93-го рейса научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш» 8.11-7.12.2023 г. Для эпизодов с повышенным содержанием метана (> 2050 ppb) построены обратные траектории воздушных масс и сопоставлены натурные данные с расчетами региональной модели WRF-Chem, что позволило пространственно локализовать источники и количественно оценить потоки на границе «вода - атмосфера». Максимальные эмиссии (с медианным и пиковым значениями 55,5 и 363 мкг/(м² × ч) соответственно и ростом приводной концентрации до 2118 ppb) приурочены к юго-западной части Карского моря (Байдарацкая губа), что качественно согласуется с прямыми камерными измерениями (86,4 и 483 мкг/(м² × ч)). Полученные величины сопоставимы или превышают зимние потоки из тундровых и заболоченных экосистем Западной Сибири в холодный период (40-270 мкг/(м² × ч)), что свидетельствует о потенциально значимом вкладе шельфовых эмиссий в региональный атмосферный баланс метана. Предложенный подход к восстановлению потоков по данным приводных концентраций может быть применен для регионализации точечных измерений и уточнения оценок в других районах Арктики в условиях ограниченности данных наблюдений.

Градиент потенциала электрического поля - ключевой параметр атмосферного электричества, определяющий состояние глобальной электрической цепи (ГЭЦ). Изучение факторов, влияющих на его локальную изменчивость, особенно актуально в контексте современных климатических изменений. На основе многолетних данных геофизической обсерватории ИМКЭС СО РАН проведен статистический анализ зависимости градиента потенциала электрического поля от метеорологических условий в приземном слое атмосферы, включая экстремально низкие температуры (до -45 °С). Установлено, что при понижении температуры до -45 °C средние значения градиента потенциала возрастают, а дисперсия данных сокращается вдвое. В поведении медианных значений градиента потенциала в зависимости от интенсивности мороза выявлены три температурных диапазона (0…-15, -15…-30 и ниже -30 °С). Данная закономерность объясняется преобладанием антициклонических условий с низкой облачностью, а также формированием подинверсионных ледяных туманов или мглы при сильных морозах. Полученные результаты могут быть использованы для создания и совершенствования моделей ГЭЦ и моделей атмосферы, в том числе для численного прогноза погоды и состояния окружающей среды.

Повышение точности прогнозирования гроз и града во внутримассовой конвективной облачности Западной Сибири является актуальной задачей. Перспективные инструменты для ее решения - современные доплеровские метеорологические радиолокаторы (ДМРЛ-С). В настоящей статье представлены результаты исследования радиолокационных параметров внутримассовой кучево-дождевой облачности на основе данных ДМРЛ-С (Новосибирск) с привлечением результатов наблюдений 18 метеорологических станций в радиусе 200 км от ДМРЛ-С и синоптических карт за июнь - август 2021-2023 гг. Проведено сравнение радиолокационных характеристик облачности внутримассовых и фронтальных гроз. Установлено, что внутримассовые грозы чаще формируются при антициклональной циркуляции в областях повышенного давления и характеризуются меньшими значениями радиолокационных параметров. Более высокие показатели отражаемости и водности наблюдаются при развитии гроз в циклонических условиях и размытых барических полях. В целом изменчивость параметров внутримассовой грозовой облачности меньше, чем фронтальной. Полученные результаты могут быть использованы для уточнения диагностических критериев и совершенствования сверхкраткосрочного прогноза гроз и града.

Разрядные явления в средней атмосфере Земли - это источник соответствующих транзиентных световых явлений (транзиентов): стартеров, голубых и гигантских струй. Прямые способы измерения параметров указанных транзиентов отсутствуют, поэтому применяют методы дистанционного зондирования, теоретическое моделирование и экспериментальные измерения параметров лабораторных разрядов, представляющих собой аналоги натурных явлений. В обзоре систематизированы результаты лабораторного моделирования транзиентов в условиях апокампического разряда, полученные с 2020 г. и по настоящее время. Экспериментально установлен энергетический порог запуска транзиентов: максимальное энерговыделение и электролюминесценция в УФБ-диапазоне спектра в апокампическом разряде в воздухе достигаются при давлении от 70 до 100 торр, что ориентировочно соответствует высотам формирования транзиентов на границе тропосферы и стратосферы Земли (12-18 км). Аналогичный критерий, полученный при зажигании апокампического разряда в углекислом газе, позволяет прогнозировать высоты, на которых следует искать аналоги транзиентов в атмосфере Венеры - 70-75 км. Регистрация динамики распространения плазменных шлейфов апокампического разряда с наносекундным разрешением подтверждает эти выводы и позволяет выдвинуть новую гипотезу: тип транзиента средней атмосферы, стартующего из купола грозового облака, зависит от внутриоблачных разрядов и соотношения положительного заряда вершины купола и отрицательного заряда внешнего слоя. Обосновано предположение о сложной структуре свечения головки стримера атмосферного транзиента. Результаты работы могут быть использованы для уточнения моделей транзиентов средней атмосферы и выбора оптического оборудования для наблюдения за ними.

Предлагаемая статья является естественным продолжением работы [1] и посвящена теоретическому анализу телескопических систем в процессах генерации второй гармоники (ГВГ). В отличие от [1], основное внимание уделено ситуациям, когда мощность основного излучения, а следовательно, и эффективность ГВГ считаются достаточно высокими. Использование приближения заданного поля (ПЗП), как в [1], становилось невозможным, и для проведения оценок привлекались численные методы решения полной системы нелинейных укороченных волновых уравнений. Показано, что отказ от ПЗП не приводит к качественному изменению основных выводов, представленных в [1]. Если ограничения на лучевую прочность нелинейной среды не учитываются, то максимально возможная эффективность ГВГ реализуется при оптимальной фокусировке лазерного излучения в центр кристалла. В тех же случаях, когда плотность мощности накачки требуется снижать, чтобы предотвратить разрушение кристалла, телескопические системы демонстрируют преимущество перед длиннофокусными линзами. Результаты исследования могут быть использованы при разработке эффективных преобразователей частоты излучения лазеров на парах металлов.

12 сентября 2026 г. на 86 году ушел из жизни один из выдающихся отечественных ученых в области исследований атмосфер планет, доктор физико-математических наук, профессор, руководитель Кафедры физики атмосферы Санкт-Петербургского государственного университета Юрий Михайлович Тимофеев .