Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2015 номер 3

Предложен метод дистанционного определения массовых концентраций аэрозольных частиц размерами ≤ 1; 2,5; 10 и 30 мкм в приземном воздухе. Метод включает лидарное зондирование атмосферы на длинах волн λ = 0,355; 0,532; 1,064; 2,13 мкм, восстановление из лидарных сигналов спектрально-пространственных распределений аэрозольного коэффициента ослабления и преобразование их в пространственные распределения концентраций аэрозольных фракций на основе регрессионных соотношений между оптическими и микрофизическими характеристиками аэрозоля. Для повышения точности и устойчивости решения системы лидарных уравнений выбор калибровочных констант и лидарных отношений на длинах волн зондирующего излучения выполняется с учетом мультиколлинеарности спектральных коэффициентов аэрозольного ослабления, выраженной в форме уравнения множественной регрессии. Используемые регрессии получены в рамках оптической модели городского аэрозоля, принятой Всемирной метеорологической организацией, при широкой вариации модельных параметров, характеризующих распределение частиц по размерам и комплексный показатель преломления аэрозольного вещества. Проведены численные эксперименты по лазерному зондированию концентраций аэрозольных фракций в атмосфере, демонстрирующие правомерность предложенного метода.

Представлены новые экспериментальные данные, подтверждающие эпизодическое появление корреляции лидарных сигналов обратного рассеяния света от области высот 150–300 км с содержанием плазмы в ночном слое F₂ ионосферы. Приводятся результаты анализа данных лидарных наблюдений за 2008–2014 гг., делается вывод, что эти корреляции возникают при появлении в ионосфере дополнительных источников ионизации. Обсуждается гипотеза, что возможным механизмом формирования этих сигналов является резонансное рассеяние на возбужденных ионах атома азота.

Представлены результаты анализа радиационного режима г. Томска в период дымной мглы от лесных пожаров в июле 2012 г. Показано, что при наличии дымной мглы суммарная солнечная радиация ослабляется в среднем на 45%, а ультрафиолетовая — на 60–65% по сравнению с аналогичными условиями в дни с типичным уровнем содержания аэрозоля для г. Томска. Сделаны оценки ослабления суммарной и ультрафиолетовой радиации при разной интенсивности дымной мглы. Определены параметры аэрозоля дымной мглы, влияющей на поглощение солнечной радиации. При сильном задымлении ослабление суммарной радиации достигало 70% и наблюдалось практически полное ослабление УФ-радиации.

Представлены результаты определения радиационного баланса и его составляющих для г. Томска в период 2004–2005 гг. Показано, что бóльшую часть года радиационный баланс г. Томска положительный, а с ноября по январь имеет отрицательные значения. Максимум наблюдается в июне и равен 176 Вт/м² в 2004 г. и 167 Вт/м² в 2005 г. Минимум отмечается в декабре и равняется –26 Вт/м² в 2004 г. и –41 Вт/м² в 2005 г.

Выполнено исследование теплового баланса г. Томска за период 2004–2005 гг. Рассчитаны поток тепла в почву и антропогенный поток тепла. Сделаны оценки энергетического вклада фазовых переходов воды в общий тепловой баланс. Показано, что с марта по сентябрь основной приход тепла происходит за счет радиационных составляющих (75–100%), c декабря по февраль - в основном за счет турбулентного потока тепла и составляет от 40 до 85% от общего баланса. В осенний период перед установлением снежного покрова существенное значение в приходной части имеет поток тепла из почвы, который увеличивает турбулентный поток тепла в атмосферу. В теплый период года расход тепла распределяется между турбулентным потоком тепла и затратами на испарение воды (50/50%). Сравнительно небольшой вклад вносит уходящее тепло в почву (не больше 10% от общих затрат). Весной в расходной части появляются затраты тепла на таяние снежного покрова, которые в отдельные месяцы могут достигать 50% от общего расхода. Зимой основные затраты тепла приходятся на радиационные составляющие.

Рассмотрен мультипликативный подход к построению численных стохастических моделей пространственных и пространственно-временных полей суточных сумм жидких осадков на регулярной сетке. Подход состоит в том, что независимо моделируются поля индикаторов осадков с заданной корреляционной функцией и вероятностями выпадения осадков и поля сумм осадков с соответствующей корреляционной функцией и одномерным распределением. Итоговым полем является произведение этих полей. Приведены результаты верификации модели по исследованию свойств статистических характеристик экстремальных осадков.

Рассмотрена аэрозольная миграция тяжелых металлов. Анализ фонового загрязнения почвы тяжелыми металлами показал, что при вторжении пылевой мглы с юго-западной границы в частицах аэрозоля по сравнению с почвой зоны распространения пылевой мглы наблюдается повышенная концентрация элементов Sc, Zn, Ni, Cu, Ca, Sr и Ge. Обнаружена сильная миграция в атмосфере элементов Co, Zn, Rb, As и Sr. В пробе аэрозоля пылевой мглы выявлено малое количество K, Ti, Ni, V и Cr относительно кларка (среднего содержания элемента в земной коре), что свидетельствует о слабой миграции этих элементов в составе атмосферного воздуха. Еще более тревожным является накопление таких токсичных элементов, как Zn, Sb и As, содержание которых до 10 раз превышает кларк.

Представлены результаты исследования пространственного распределения величины пылевой нагрузки на территорию г. Омска по данным снеговой съемки 2013 г. Определены районы города с низким, средним, высоким и очень высоким уровнями пылевого загрязнения атмосферы. Выявлено, что ореолы с аномальными значениями пылевого загрязнения в основном приходятся на восточную часть города, где расположены крупные промышленные предприятия. Приведен сравнительный анализ полученных результатов с данными для других городов юга Западной Сибири и ранее проведенными геолого-экологическими исследованиями на территории г. Омска.

Приводятся конструктивные особенности и основные характеристики серии самолетных лидаров Института оптики атмосферы СО РАН. Рассмотрены физико-технические параметры лидаров, предназначенных для зондирования оптически плотных сред, таких как облачность, атмосферные загрязнения и морская вода.

Представлены описание лазерной системы дальномерного мониторинга отклонений стенок Усть–Каменогорского судоходного шлюза шахтного типа с глубиной камеры более 47 м и результаты 8,5–летних наблюдений за этими отклонениями, обусловленными сезонными температурными деформациями и сменными динамическими нагрузками в процессе наполнения–опорожнения камеры. Определена наметившаяся тенденция уменьшения ширины камеры шлюза в одном из верхних поперечных сечений со скоростью ~ 2,2 мм/год. Исследовано влияние процесса наполнения–опорожнения камеры на динамику отклонения стенок камеры.

Представлены результаты экспериментов по исследованию филаментации тераваттных фемтосекундных импульсов Ti:Sapphire–лазера на атмосферной трассе длиной 106 м с использованием различной пространственной фокусировки и мощности импульсов. Показана высокая эффективность управления положением и протяженностью области филаментации изменением начальной фокусировки лазерного пучка. Получены зависимости длины и положения области филаментации от начальной степени фокусировки и мощности импульсов, количества филаментов вдоль области филаментации. Проведено сравнение полученных данных о длине области филаментации и количестве филаментов с результатами проведенных нами ранее экспериментов и данными других авторов.

Представлены результаты исследования реакции эмиссий атомарного кислорода 557,7 и 630 нм на резкие изменения параметров солнечного ветра, вызванные ударными волнами. Для анализа использовались оптические и геомагнитные данные, полученные для региона Восточной Сибири, и данные параметров межпланетного магнитного поля и солнечного ветра. Найдено, что во время резких изменений скорости и плотности плазмы солнечного ветра для одних случаев наблюдалось увеличение интенсивности рассматриваемых эмиссий, тогда как в других случаях реакции не было. Показано, что наличие или отсутствие отклика в интенсивности этих эмиссий не связано с амплитудой возмущения параметров солнечного ветра. Предположено, что эти увеличения интенсивностей могли быть вызваны высыпанием электронов из магнитной ловушки во время взаимодействия распространяющихся в солнечном ветре ударных волн с магнитосферой.