Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2013 номер 12

Оценивается влияние атмосферной турбулентности на флуктуации мощности рассеянного назад лазерного излучения на приемной апертуре лидара. Оценки выполнены в приближении метода плавных возмущений для расходящихся лазерных пучков с гауссовым распределением интенсивности. Предложены простые аналитические формулы для оценок дисперсии флуктуаций принимаемой мощности. Оценки показали, что на трассах протяженностью около 10 км и радиусами в зондируемой области около 1 м среднеквадратические значения относительных флуктуаций мощности могут быть сравнимы с величиной относительного изменения принимаемой мощности при переходе от зондирования областей атмосферы с фоновой турбулентностью к зондированию сильно турбулизованных областей (турбулентности ясного неба).

Представлены результаты атмосферных экспериментов по адаптивной компенсации аберраций начального волнового фронта лазерных пучков видимого и ИК-диапазона длин волн. Сигнал управления гибким зеркалом вырабатывался на основе измерений средней мощности излучения пучка, рассеянного диффузным экраном в обратном направлении. Показано, что с уменьшением диафрагмы приемника рассеянного излучения эффективность компенсации начальных аберраций волнового фронта возрастает. Полученные экспериментальные данные согласуются с результатами качественного анализа эффективности компенсации, достижимой на использовавшейся в экспериментах установке.

Представлены результаты экспериментальных исследований трансформации спектральных и пространственных характеристик фемтосекундных импульсов Ti:Sapphire-лазера с длинами волн излучения 800 и 400 нм при филаментации в жидких средах. Показано, что уширение спектра лазерного импульса на обеих гармониках за счет фазовой самомодуляции в среде с кубичной нелинейностью зависит от мощности импульса и диаметра пучка. При филаментации излучения на второй гармонике лазера в дистиллированной воде наблюдается свечение с максимумом 464 нм, что соответствует комбинационному рассеянию воды, в морской воде наблюдается флуоресценция растворенных органических веществ.

Показано, что крупномасштабные неоднородности атмосферы, наблюдаемые в экспериментах, могут оказывать существенное влияние на распространение оптического излучения на протяженных трассах. Продемонстрировано, что учет этого влияния в рамках классической модели турбулентности невозможен. Представлен алгоритм численного моделирования распространения лазерных пучков на протяженных слабонаклонных атмосферных трассах с крупномасштабными неоднородностями среды, в рамках которого наряду с искажениями пучка на мелкомасштабных неоднородностях и его регулярной рефракции в вертикальной плоскости, возможно учесть рефракцию и фокусировку пучка на крупномасштабных неоднородностях.

Предложена методика измерения астроклиматических характеристик Байкальской астрофизической обсерватории (БАО) по анализу качества изображений, получаемых на телескопе полного диска Солнца. Для оценки качества изображений используется модифицированный информационно-статистический алгоритм «оптимального окна». Обработка материала большого объема (тысячи кадров) осуществляется в автоматическом режиме на аппаратно-программном комплексе, разработанном в Институте оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН на основе технологий параллельного программирования NVIDIA® CUDA и библиотек Intel® IPP и MKL. Приведены результаты статистического анализа фильтрограмм солнечной хромосферы в линии Н-альфа, полученные на БАО в течение 2001–2002 гг. на цифровой камере Princeton Instruments 2048B.

По данным поляризационных спектронефелометрических измерений изучена динамика оптико-микрофизических свойств пиролизного дыма при его 3-суточном выстаивании в Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН (1800 м³). Дым формировался при низкотемпературном (~ 400 °C) разложении хвойных сортов древесины. На основе решения обратной задачи исследованы особенности динамики дисперсного состава и комплексного показателя преломления частиц. Ключевым отличием микрофизики пиролизных дымов от смешанных режимов сгорания лесной биомассы является низкое содержание сильнопоглощающих соединений (сажи) в частицах микродисперсной фракции (радиусами < 150 нм). Этот факт приводит к тому, что дымы являются слабопоглощающими, и значения альбедо однократного рассеяния плотного пиролизного дыма в видимой области спектра (~ 525 нм) на стадии дымообразования близки к единице, уменьшаясь при 3-суточном выстаивании лишь до ~ 0,96. В распределениях объема частиц по размерам формируются среднедисперсная ~ 400 нм и крупнодисперсная ~ 850 нм фракции. При старении дыма обе моды сдвигаются в область малых размеров, и для выстоявшегося дыма основной в спектре размеров становится среднедисперсная фракция. Пиролизный дым, в отличие от смешанных дымов, характеризуется широким спектром размеров – до радиусов около 1500 нм. Вследствие этого при дымообразовании эффективный радиус пиролизных частиц (~ 400 нм) более чем в 2 раза превышает соответствующий смешанным дымам. При старении дыма эффективный радиус уменьшается от 400 до 170 нм. Получены устойчивые корреляционные связи объемных коэффициентов локационного рассеяния и ослабления, альбедо и эффективного радиуса частиц, выступающие в пользу применимости для пиролизного дыма однопараметрической модели субмикронного аэрозоля.

Представлены уникальные данные 12-летнего мониторинга (2001–2012 гг.) в пос. Ключи Новосибирской области массовой концентрации атмосферного аэрозоля, концентраций органического углерода (ОС), неорганического углерода (ЕС) и суммарного белка (ТР) в нем. За период исследования обнаружены возрастающий тренд в концентрациях атмосферного аэрозоля, OC и отношения OC/ЕС, спадающий тренд концентрации ТР. Приводятся сезонные изменения этих концентраций и отношений ОС/ЕС и ТР/ОС. Сопоставление полученных результатов с литературными данными для других регионов Европы и Азии выявило хорошее совпадение величин и тенденций для одних регионов и отсутствие такового для других регионов.

Обсуждаются особенности пространственно-временной изменчивости аэрозольной оптической толщи (АОТ) атмосферы, измеренных в 58-й Российской антарктической экспедиции с борта НЭС «Академик Федоров», «Академик Трешников» и на ст. Мирный. Показано, что основной закономерностью пространственного распределения АОТ над океаном в Южном полушарии является линейный широтный спад АОТ от 0,15 на экваторе до 0,025 вблизи Антарктиды. Отмечается сохранение низкого уровня АОТ в Антарктиде (0,022 ± 0,005) в последние 17 лет.

Предложен механизм попадания вулканогенных аэрозолей в стратосферу после извержений плинианского типа, максимальная высота выброса которых не превышает высоты тропопаузы. С использованием траекторной модели NOAA HYSPLIT и общедоступных глобальных температурных данных показана роль вулканических газо-пепловых облаков в изменении температурного режима верхней тропосферы и нижней стратосферы, разрушении тропопаузы и, как следствие, в усилении стратосферно-тропосферного обмена. Установлено, что при прохождении вулканических облаков регистрируется аномальное увеличение приземных концентраций озона.

В результате совместной работы научных групп Института физики НАН Беларуси и Института оптики атмосферы СО РАН создана линейка унифицированных фотоприемных модулей, обеспечивающих регистрацию лидарных сигналов в диапазоне 0,28–1,5 мкм в режимах аналогового сигнала и счета фотонов на основе ФЭУ и лавинных фотодиодов. Разработано программное обеспечение для управления фотоприемными модулями, и изготовлен испытательный стенд для измерения их характеристик. Изделия предназначены для использования на станциях лидарной сети CIS-LiNet.

С использованием длинных рядов наблюдений, полученных на TOR-станции в Томском академгородке, разработана эмпирическая модель прогноза среднесуточной концентрации озона на основе многослойной нейронной сети. Проведено сравнение с моделями, основанными на множественной линейной регрессии и авторегрессии. Из всех методов нейросетевой подход оказался наиболее удачным. Он позволяет описать до 70% общей дисперсии среднего значения и до 50% дисперсии среднеквадратического отклонения. При этом величина среднеквадратической ошибки прогноза не превышает инструментальной погрешности измерений.

Обсуждается метод статических камер для исследования газообмена на границе «почва – атмосфера», описывается автоматизированный комплекс «Flux-NIES» для измерения потоков метана и диоксида углерода. Комплекс установлен и успешно функционирует в районе с. Плотниково Бакчарского района Томской области (56-51,29’ с.ш., 82-50,91’ в.д.) c 1997 г. по настоящее время. Приводится методика обработки данных измерений, обсуждаются технические детали определения некоторых параметров методики.

Представлены результаты численного моделирования метеорологических условий в районе аэропорта Богашево и г. Томска, полученные с помощью мезомасштабной прогностической системы Weather Research & Forecasting (WRF). Основное внимание уделено выбору параметризации микрофизических процессов, адекватной для условий Западной Сибири, с целью получения достоверного прогноза интенсивных дождевых осадков. Выполнено сравнение прогностических и фактических данных по осадкам и облачности, которое продемонстрировало хорошие возможности модели для прогноза осадков и опасных для авиации явлений. Лучшие результаты дало применение параметризации микрофизики ETA.

Вегетационная динамика отношения дальней красной (F₇₃₄) к красной (F₆₈₂) флуоресценции листьев холодоустойчивой травы Elytrigia repens отличается от подобных зависимостей, полученных для тополей и берез. Показано, что в весенний и осенний периоды параметр F₇₃₄/F₆₈₂ возрастает с понижением температуры. В условиях городской среды Красноярска параметр F₇₃₄/F₆₈₂ более устойчив к влиянию поллютантов, чем концентрация суммы хлорофиллов листьев Elytrigia repens.