Представлены результаты экспериментальных исследований особенностей формирования и распространения на трассе интенсивных световых каналов в условиях структурирования начального профиля пучка мощного фемтосекундного лазерного излучения в виде отдельных субапертур. Структурированное излучение получено путем амплитудной модуляции лазерного пучка с использованием масок. Применение амплитудных масок позволяет получить заданное число высокоинтенсивных световых каналов и осуществить их контролируемое распространение в конкретном нелинейном режиме, преимущественно на коротких (десятки метров) дистанциях в атмосфере.
Д.В. ИОНОВ1, В.И. ПРИВАЛОВ2 1Санкт Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия ionov@troll.phys.spbu.ru 2Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова, Санкт-Петербург, Россия reshal@peterlink.ru
Ключевые слова: общее содержание озона, УФОС, DOAS
Страницы: 842-848
Рассмотрен первый опыт применение методики дифференциальной спектроскопии DOAS в интерпретации результатов измерений наземного ультрафиолетового озонного спектрометра УФОС для определения общего содержания озона (ОСО). Приведены примеры спектров, зарегистрированных УФОС и аналогичной по характеристикам спектральной аппаратурой в ходе зенитных наблюдений. С использованием DOAS выполнены тестовые расчеты ОСО по результатам измерений УФОС на ст. Воейково в течение нескольких дней. Полученные значения ОСО сопоставлены с данными независимых наземных и спутниковых измерений. Предварительные результаты определения ОСО показывают их систематическое расхождение с независимыми данными, которое может быть устранено при более тщательной адаптации алгоритма DOAS к условиям задачи и характеристикам прибора УФОС.
Спектр поглощения естественного образца углекислого газа в диапазоне 4350-4550 см-1 был зарегистрирован с помощью Фурье-спектрометра Bruker IFS 125HR, сопряженного с многоходовой 30-метровой газовой кюветой, оснащенной оптической системой Уайта. Регистрация спектра выполнена с разрешением 0,02 см-1 при температуре 301,7 К, давлении газа 306 мбар и длине оптического пути в 1058 м. Достигнута чувствительность, позволившая зарегистрировать спектральные линии с интенсивностью 10-28 см-1/(мол. × см-2). Измерены центры и интенсивности 453 спектральных линий 17 полос 5 изотопологов углекислого газа: 12C16O2, 13C16O2, 16О12C18O, 16О13C18O и 16О13C17O. Полосы 33303-02201, 41104-02201, 41104-10002 основного изотополога 12C16O2 и полосы 31103-00001 изотопологов 13C16O2 и 16О12C18O зарегистрированы впервые. Проведено сравнение измеренных центров и интенсивностей спектральных линий со значениями, представленными в базе данных HITRAN2020.
Проведен анализ информации о влиянии селективного и неселективного поглощения молекулами атмосферы на характеристики излучения, рассеянного атмосферным аэрозолем при наличии в нем органических соединений. Определены длин волн, на которых сигнал обратного рассеяния превышает уровень суммарного поглощения.
А.Е. ПРОТАСЕВИЧ, А.В. НИКИТИН
Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН Томск, Россия a.e.protasevich@iao.ru
Ключевые слова: линейные молекулы, ацетилен, оператор кинетической энергии, ортогональные координаты, полисферические координаты
Страницы: 860-864
Предложена простая и удобная для расчетов форма колебательно-вращательного оператора кинетической энергии для симметричных молекул типа A2B2 в полисферических ортогональных координатах. Особенность предложенного подхода - симметричность оператора кинетической энергии относительно перестановки координат двух групп атомов (AB) и простота применения контракции волновых функций. Сделан вариационный расчет нижних колебательно-вращательных уровней энергии молекулы ацетилена. Проведено сравнение вычисленных в настоящей работе уровней энергии с другими работами.
Рассматривается частотное поведение спектральных вкладов начальных, средних и «конечных» участков степенной структурной функции в спектральную плотность стационарного случайного процесса. Показан их осциллирующий знакопеременный частотный характер. При этом с ростом частоты скорость спада модулей указанных вкладов приближается к обратно пропорциональной зависимости. Представлены и проанализированы простые аналитические аппроксимационные соотношения, описывающие частотное поведение всех указанных спектральных вкладов. Они рекомендуются для широкого практического использования. Рассмотрено применение полученных формул для более сложных составных степенных функций.
По данным самолетного зондирования исследуется изменение состава воздуха при переходе из тропосферы в стратосферу. Анализируется распределение семи газов, дисперсного и химического состава аэрозоля. Показано, что при пересечении тропопаузы содержание H2О, CO и CH4 резко уменьшается, а О3, NO2 и счетная концентрация аэрозоля, наоборот, увеличиваются. В элементном составе над тропопаузой доминирует Si, в ионном - SO42- В тропосфере же преобладают терригенные элементы Al, Cu, Fe, а среди ионов набор из нескольких соединений, изменяющийся по регионам. Выявлены также заметные различия в дисперсном составе частиц.
С использованием нового метода определения параметров ветровой турбулентности из спектров вертикальной компоненты скорости ветра, измеряемой импульсным когерентным доплеровским лидаром (ИКДЛ), в 2020 г. проведен эксперимент на побережье оз. Байкал в рамках исследования турбулентности и внутренних гравитационных волн (ВГВ) в пограничном слое атмосферы (ПСА). В настоящей работе представлены результаты этого эксперимента и проведен анализ спектров и лидарных оценок дисперсии вертикальной скорости ветра и скорости диссипации турбулентной энергии, полученных из измерений ИКДЛ Stream Line при наличии в ПСА низкоуровневого струйного течения и ВГВ.
А.А. ЧЕРЕМИСИН1, В.Н. МАРИЧЕВ2, Д.А. БОЧКОВСКИЙ2, П.В. НОВИКОВ1,3, И.И. РОМАНЧЕНКО1 1Институт химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, Новосибирск, Россия aacheremisin@gmail.com 2Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, Томск, Россия marichev@iao.ru 3Красноярский институт железнодорожного транспорта, Красноярск, Россия novikov-pv@yandex.ru
Ключевые слова: стратосферный аэрозоль, лидарные наблюдения, дым лесных пожаров, метод траекторий, данные спутниковых наблюдений
Страницы: 898-905
Рассматривается вынос в стратосферу аэрозоля горения от пожаров летом 2019 г., когда были зафиксированы многочисленные лесные пожары на территории Сибири, Канады и Аляски. По результатам лидарных наблюдений, проведенных в Томске в августе 2019 г., в нижней стратосфере были обнаружены явно выраженные слои аэрозольного рассеяния. Анализ результатов расчета обратных траекторий движения воздушных масс с привлечением радиометрической информации со спутников о пожарах в Северном полушарии, а также данных космического лидара со спутника CALIPSO позволяет утверждать, что наблюдаемые аэрозольные слои образовались в результате выноса в стратосферу продуктов горения при пожарах в Сибири.
Рассмотрены различные способы измерения случайных наклонов волнового фронта. Определены возможности измерений параметра Фрида с использованием дифференциального метода для задач зондирования турбулентности и адаптивной оптики. Выполнены сравнительные измерения уровня турбулентности на горизонтальной трассе двумя оптическими методами: с помощью дифференциального измерителя турбулентности и пассивным методом, основанным на измерении дрожания изображения с использованием высокоскоростной цифровой видеокамеры, которая установлена на малом астрономическом телескопе, и алгоритмов обработки в реальном времени. Обсуждаются возможные различия результатов измерений. На основе численного решения системы уравнений Навье-Стокса получены картины эволюции конвективного движения среды внутри объема в параметрах векторного поля скорости и скалярных полей температуры и давления. Предложены пути развития датчика волнового фронта, способного обеспечить высокоточные фазовые измерения как в колмогоровской, так и в неколмогоровской турбулентности.