Главная – Журналы – Поиск по журналам

Водяной пар является значимой компонентой атмосферы Земли. Оценка вклада водяного пара в радиационный баланс Земли на протяжении десятилетий остается актуальной задачей. В настоящей работе на основе результатов ранних Фурье-измерений поглощения излучения водяным паром при самоуширении и уширении воздухом в полосе поглощения с центром ~ 1600 см^-1 в температурном диапазоне 296-340 К впервые восстановлены спектры «self»- и «foreign»-континуума водяного пара при температурах 310, 325 и 340 К в исследуемой полосе поглощения. Обработка спектров произведена с использованием спектроскопической базы данных HITRAN2020. Восстановленные величины поглощения имеют характерные для «self»- и «foreign»-континуума спектральные и температурные зависимости. Проведено сравнение полученных нами данных с полуэмпирической моделью континуума MT_CKD и полуэмпирической моделью димеров воды ( Simonova A.A., Ptashnik I.V., Shine K.P. Semi-empirical water dimer model of the water vapour self-continuum within the IR absorption bands // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2024. V. 329. P. 109198-1-19. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2024.109198). Результаты работы важны как с фундаментальной точки зрения - в рамках молекулярной спектроскопии, так и с прикладной - в задачах атмосферного моделирования и дистанционного зондирования.

Проведен анализ биооптических параметров морей Дальневосточного региона, получаемых по данным радиометра MODIS/AQUA. Сравниваются результаты работы двух основных алгоритмов атмосферной коррекции, основанных на следующих предположениях: отсутствие восходящего от воды излучения в ближней инфракрасной области спектра (NIR) и стабильность формы спектра морской воды в этой области (MUMM). Верификация проводилась по данным японских и корейских станций AERONET-OC. Рассмотрен подход к улучшению результатов атмосферной коррекции MUMM - региональная модификация индексов цветности. MUMM-коррекция с модификацией не уступает коррекции NIR по точности расчета концентрации хлорофилла а . Обнаружено, что рекомендуемая NIR-коррекция приводит к отрицательным коэффициентам отражения Rrs на длине волны 412 нм, что соответствует акваториям с высокой трофностью в 10% случаев и завышает концентрации хлорофилла а в среднем в 1,8 раза. Предлагаемая коррекция индексов цветности не приводит к отрицательным значениям коэффициентов отражения Rrs; индексы цветности в синей области спектра имеют значительно меньшие погрешности, чем при NIR-коррекции. Предлагаемый подход позволяет получать более надежные оценки биооптических параметров моря по спутниковым данным.

Работа посвящена исследованию влияния аэрозолей на различные процессы в атмосфере, в частности формирование конвективных облаков и их электризацию. Рассмотрены частные случаи гроз на территории Красноярского края в период лесных пожаров. Данный регион характеризуется наибольшим среди регионов России риском учащения лесных пожаров, связанным с изменением климата. Для выбора грозовых событий проведены анализ молниевой активности на выбранной территории с 2015 по 2022 г. и ее сопоставление с данными о лесных пожарах. Представлена серия численных экспериментов по моделированию гроз с помощью модели WRF с различными концентрациями аэрозольных частиц в атмосфере. На основе результатов моделирования рассчитаны электрические параметры облаков. Для поиска корреляций между плотностью молниевых разрядов и параметрами конвективных систем предложены методы оценки молниевой активности по объему грозовых ячеек с заданной радиолокационной отражаемостью и площади области с высоким электрическим потенциалом. Выявлено, что рост аэрозольной нагрузки в атмосфере приводит к увеличению времени развития конвекции. Показано существенное влияние концентрации аэрозолей на максимальное значение электрического потенциала при практически неизменной максимальной радиолокационной отражаемости. Полученные результаты могут быть использованы для развития фундаментальных представлений о связи молниевой активности и лесных пожаров, а также для решения прикладных задач социально-экономической сферы, в том числе для совершенствования методов прогнозирования молниевой активности.

Рассматривается задача идентификации источников атмосферных выбросов по данным дистанционного зондирования. Предложен алгоритм ее решения на основе трехмерной по пространству модели переноса примесей и нелинейной модели измерений, представляемой в виде «дифференцируемого черного ящика». Алгоритм основан на операторах чувствительности и ансамблях решений сопряженных уравнений. Выполнено тестирование алгоритма на реалистичном сценарии идентификации источников сажи для Байкальского региона по модельным данным, соответствующим спутниковым измерениям платформы Terra/MODIS, показавшее его применимость. Дополнительно предложена декомпозиция алгоритма по данным измерений, позволившая уменьшить относительную ошибку восстановления функции источника на 12% по сравнению с версией без декомпозиции. Результаты исследования могут быть использованы при создании систем обработки данных дистанционного зондирования.

В задачах дистанционного зондирования атмосферы, особенно при интерпретации лидарных сигналов от перистых облаков, ключевую роль играет точность моделирования рассеяния света на несферических хаотически ориентированных ледяных частицах. Приближение физической оптики, несмотря на свою вычислительную эффективность, не всегда обеспечивает достаточную точность, особенно в случаях, когда размеры частиц сопоставимы с длиной волны излучения. Это создает систематическую погрешность в базах данных матриц рассеяния, используемых для обратных задач. В нашей работе рассматривается применение метода дискретных диполей для верификации приближения физической оптики. Основное внимание уделено сравнению результатов, полученных на длинах волн 0,532 и 1,064 мкм на частицах различных форм и размеров от 2 до 8 длин волн. Применение приближения физической оптики в данном случае приводит к относительной погрешности до 20% в определении линейного деполяризационного отношения, а также к занижению интенсивности обратного рассеяния в два раза. Полученные результаты позволяют уточнить границы применимости приближения физической оптики и внести коррективы в существующие базы матриц рассеяния. Это, в свою очередь, повысит точность интерпретации лидарных измерений и, как следствие, качество восстановления микроструктуры облаков.

Высоконаправленный суперконтинуум (ВСК) является уникальным источником широкополосного когерентного излучения. Для создания такого источника необходима информация о параметрах и условиях его возникновения. В статье приводятся результаты экспериментального исследования условий формирования ВСК в газообразном азоте при накачке импульсом излучения на длине волны λ = 950 нм с длительностью 70 фс и энергией 3-6 мДж. Излучение накачки фокусировалось в газовую камеру сферическим зеркалом с фокусным расстоянием 75 см в условиях аберрации (угол падения излучения на зеркало - 15°). Показано, что существуют оптимальные энергия накачки 4,5 мДж и давление газа 3-4 атм. Спектральный состав ВСК охватывает диапазон от 350 до 1000 нм. Расходимость излучения ВСК является дифракционной, и наибольшая ее величина (диаметр белого пятна в дальней зоне) соответствует λ = 780 нм. Максимальная энергия - ВСК 17 мкДж. Результаты работы полезны для понимания физических механизмов, лежащих в основе возникновения ВСК, а также для разработки широкополосного источника когерентного излучения.

Проведено изучение процесса окисления водорода в присутствии сернистого газа в колебательном режиме. Выяснено, что этот процесс протекает по вырожденно-цепному механизму и существенную роль в нем играет первичный продукт превращения сернистого газа --- оксид серы (SO). Показано, что реакция окисления водорода в присутствии сернистого газа в области самовоспламенения при определенных условиях (давление, температура, состав газовой смеси, время контакта) протекает во взрывном режиме и сопровождается светоизлучением. Сравнение экспериментальных данных по окислению водорода в присутствии сернистого газа с результатами расчетов по предлагаемой модели исследуемого процесса показало хорошее совпадение. По результатам расчетов определена эффективная энергия активации реакции --- 9 200 Дж/моль

Представлены результаты экспериментального определения концентрационных пределов воспламенения смесей метан --- воздух --- водяной пар, метан --- водород --- воздух --- водяной пар с отношением объемов метана к водороду 1 : 2 и 2 : 1, монооксид углерода --- водород --- воздух --- водяной пар с отношением объемов водорода к монооксиду углерода 4 : 1 при начальной температуре 150 °C и давлении 101 кПа. Содержание водяного пара изменялось в диапазоне 0 ÷ 60 об. %. Эксперименты проводились в сферической камере объемом 100 дм³. Наличие воспламенения смеси и распространение пламени регистрировали методом съемки в инфракрасном диапазоне. Полученные в экспериментах пределы воспламенения смеси метан --- воздух --- водяной пар находятся в согласии с имеющимися в литературе данными. Зарегистрирован режим распространения пламени в водородсодержащих смесях вблизи нижнего концентрационного предела в виде сферического пламени, переходящего в тороидальный вихрь.

Изучалось влияние химической неравновесности процесса горения диффузионного метановоздушного пламени при умеренных давлениях и температурах исходных реагентов на восстановление оксида азота в реакциях, известных как Reburn NO. На основе детального механизма химической кинетики окисления метана GRI-Mech 3.0 выполнен анализ распределения основных восстанавливающих NO веществ (СН, СН₂, СН₃, HCCO) в реакциях Reburn, а также исходных веществ, образующих NO в реакциях Зельдовича, по толщине диффузионного ламинарного пламени на основе численного решения системы уравнений Петерса --- Кузнецова по модели тонкого фронта пламени (флеймлет-модель). В представлении пламени в виде цепи изолированных реакторов идеального перемешивания, распределенных по толщине пламени, выполнена оценка концентрации NO по точной аналитической формуле в представлении скоростей реакций Reburn в соответствии с тремя детальными кинетическими механизмами: GRI-Mech 3.0, Гларборга и Миллера --- Боумена. Выполнена сравнительная оценка эффективности указанных механизмов по снижению концентрации NO, максимальное снижение составило 13.3, 23 и 30.4 % соответственно. Оценка влияния диффузии показала изменение относительной концентрации профилей NO не более чем на 0.06 %. Также показано, что по мере отклонения от химического равновесия реакции Reburn постепенно начинают проходить и с «бедной» стороны пламени (по мере диффузии радикалов топлива через стехиометрическую границу), а область протекания реакций Reburn по составу газовой смеси расширяется более чем в два раза. Вклад реакций Reburn с «бедной» стороны пламени монотонно возрастает и может достигать 56 % от общей эффективности реакций Reburn, что представляет практическую значимость в системах с высокой степенью неравновесности процесса горения. Основной вклад в снижение NO с «бедной» стороны пламени вносят реакции с CH (до 75 % по механизму GRI-Mech 3.0) и реакции с HCCO (до 80 % по механизму Гларборга).

Представлены результаты исследования воздействия слабого электрического поля на пламя горелки Бунзена, включая горение аэрозоля, состоящего из микрокапель воды в воздушно-метановой смеси. Анализ полей скорости, полученных с помощью PIV-системы, показал изменение скорости распространения ламинарного фронта пламени при воздействии на горение слабого электрического поля. При этом на значительной части фронта горения скорость распространения ламинарного фронта можно считать постоянной. Получено подтверждение существования ионного ветра, вызванного дрейфом носителей отрицательного заряда. Введение микрокапель воды в состав топлива понижает концентрацию носителей заряда, косвенным свидетельством чего является то, что действие электрического поля на горение приводит в этом случае к меньшим изменениям структуры течения перед фронтом пламени.