Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2015 номер 9

На основе численного моделирования распространения когерентного излучения в турбулентной среде исследуется влияние топологического заряда оптического поля на блуждание и уровень флуктуаций интенсивности фокусированных лагерра-гауссовых пучков. Рассматриваются пучки, обладающие различным значением топологического заряда комплексного поля, при выполнении условия равенства эффективных размеров в плоскости приемного объектива. Сформированные таким образом пучки обладают разной дифракционной расходимостью, что обеспечивает пространственный разнос излучения на приемной апертуре и позволяет уменьшить влияние разных каналов связи друг на друга при демультиплексировании сигнала. Установлено, что блуждание таких пучков не зависит от значения топологического заряда комплексного поля, а поведение флуктуаций интенсивности определяется распределением среднего профиля интенсивности, форма которого зависит от силы оптической турбулентности.

На основе метода Фурье-спектрометрии высокого разрешения впервые проведены низкотемпературные (от -9 до 15°С) лабораторные измерения спектров поглощения чистого водяного пара в ближнем ИК-диапазоне и восстановлено континуальное поглощение в полосах 1600 (6,25 мкм) и 3600 см ^-1 (2,7 мкм). Спектральные особенности континуума, полученные при 15°С, находятся в хорошем согласии с более ранними результатами. Показано, что разные спектральные пики континуума имеют разную температурную зависимость.

Систематизированы ранее полученные экспериментальные и теоретические результаты исследования зависимости зеемановского расщепления колебательно-вращательных линий в полосе 0-1 спектра поглощения молекулы окиси азота от величины магнитного поля. Эксперименты выполнены в лаборатории газовых лазеров ФИАН им. П.Н. Лебедева. Для регистрации спектра использовался метод лазерного магнитного резонанса (ЛМР) с применением непрерывного газоразрядного СО-лазера низкого давления, охлаждаемого жидким азотом. Теоретический анализ ЛМР-спектров молекулы NO проводился в лаборатории теоретической спектроскопии ИОА СО РАН, где была создана расчетная модель, основанная на построении полного эффективного гамильтониана молекулы, учитывающего взаимодействие с магнитным полем. Данная модель позволяет рассчитывать ЛМР-спектры для заданных условий и описывать нелинейную зависимость расщепления энергетических уровней от величины магнитного поля. Сопоставление рассчитанной и измеренной динамики поглощения зондирующего излучения СО-лазера показало, что расчетная модель хорошо воспроизводит положение пиков измеренного поглощения в зависимости от индукции импульсного магнитного поля.

Дан анализ результатов исследования пространственного распределения концентрации углеродсодержащих парниковых газов в приводной атмосфере и поверхностной воде оз. Байкал. Для уникальной экосистемы оз. Байкал изучение процесса газообмена СО₂ и СН₄ в системе «атмосфера-вода» имеет особое значение, поскольку их потоки, с одной стороны, во многом регулируются водной биотой, а с другой - оказывают существенное влияние на процессы ее жизнедеятельности. Создание мобильного комплекса для регистрации парциального давления СО₂ и СН₄ в атмосфере и поверхностной воде по ходу судна позволило существенно расширить масштаб проводимых исследований и впервые в нашей практике осуществить одновременные измерения направления потоков углекислого газа и метана вдоль акватории Байкала. Анализ данных о распределении направления потоков для всей пройденной акватории Байкала показал, что весенний период 2013 г. характеризовался преимущественным стоком углекислого газа на поверхность озера и, наоборот, по всему маршруту прохода судна наблюдался выход метана в атмосферу.

Исследованы изменчивость и тренды общего содержания озона (ОСО) в период 1979-2014 гг. с использованием среднемесячных данных базы реанализа ERA-Interim в различных широтных поясах и данных, измеренных спутниковой аппаратурой TOMS/SBUV/OMI. Оценены вклады в изменчивость осредненного по различным широтным зонам и среднеглобального ОСО Арктического и Антарктического колебаний, квазидвухлетних колебаний зонального ветра в экваториальной стратосфере, Эль-Ниньо-Южного колебания, среднезонального меридионального потока тепла в нижней стратосфере, солнечной активности (СА), содержания в стратосфере озоноразрушающих соединений (ОРС) и вулканических аэрозольных частиц. Изменения глобального ОСО могут быть удовлетворительно описаны регрессионной зависимостью от ОРС и СА, в отдельных широтных зонах для более точного количественного описания временного хода ОСО следует дополнительно учитывать некоторые из перечисленных выше факторов влияния.

По результатам измерений массовой концентрации приземного аэрозоля на Звенигородской научной станции Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН выполнен анализ вариаций концентрации аэрозоля с периодами более 1 мес. Показано, что вариации могут быть связаны с периодичностями повторяемостей траекторий атмосферного переноса c определенных направлений. Рассмотрены случаи, когда долговременные вариации концентрации аэрозоля обусловлены эпизодами повышенных или пониженных значений концентрации, вызванных адвекцией аэрозоля с соответствующих направлений. Обнаружено, в частности, что 1,5-месячные вариации массовой концентрации аэрозоля в 1995 г. обусловлены 1,5-месячной повторяемостью максимумов концентрации, вызванных переносом с юго-восточного направления. Трехмесячная периодичность эпизодов переноса со стороны Балтики и Северной Атлантики в 2004 г. проявилась в 3-месячной повторяемости минимумов концентрации аэрозоля. Выявлена статистическая связь концентрации приземного аэрозоля с динамикой арктической верхней тропосферы.

Собран, систематизирован и проанализирован значительный объем спутниковых и наземных данных об общем содержании в атмосфере CO, CO₂, CH₄ в 2010–2013 гг. Получены переходные соотношения между спутниковыми и наземными данными об общем содержании исследуемых примесей в разных измерительных пунктах (станции NDACC/GAW, а также станции ИФА РАН) с разным пространственным и временным разрешением. Для фоновых условий установлена высокая корреляция среднедневных спутниковых содержаний CO, продукты AIRS v6 (R² = 0,48–0,96), IASI MetOp-A (R² = 0,25–0,86) и MOPITT v6 Joint (R² = 0,30–0,83), усреднение 1° x 1°, с наземными данными солнечных спектрометров. В случае высокого загрязнения слоя перемешивания отмечена значительная недооценка орбитальными сенсорами содержания CO (от 1,7 до 4,7 раза в зависимости от сенсора, пространственного разрешения и пункта наблюдений). Репрезентативные переходные соотношения и коэффициенты корреляции (R² ≥ 0,5) между среднедневными данными о CH₄ и наземными данными дифракционных спектрометров ИФА РАН и Фурье-спектрометров станций GAW получены только для сенсора AIRS. Наилучшая корреляция с наземными данными по CO₂ (R² = 0,25 для среднедневных значений, усреднение 1° x 1°) получена для сенсора IASI. Среднедневные значения общего содержания CH₄ сенсора IASI MetOp-A слабо коррелируют с наземными данными, а также с данными AIRS.

Исследуется состав алканов линейного строения в пробах атмосферных аэрозолей, отобранных с борта самолета-лаборатории Ту−134 «Оптик» в свободной атмосфере (500−8500 м) и в приземном слое воздуха (2 м) вблизи вышек проекта JR−STATION. Показано, что гомологический ряд н-алканов аэрозольных проб, отобранных с борта самолета-лаборатории, составляют соединения с 12−28 атомами углерода, а проб, отобранных в приземном слое, — соединения с 14−30 атомами углерода в молекуле.

Рассматривается формулировка метода физической оптики, исходя из уравнений Максвелла. Показана эквивалентность различных определений метода физической оптики. Представлено подробное сравнение трех дифракционных формул, соответствующих E -, M - и ( E , M )-теориям дифракции. Установлено, что в случае дифракции на отверстии в плоском экране все три дифракционные формулы дают одинаковое сечение рассеяния для дифракционных углов вплоть до 60°, однако поляризационные элементы матрицы Мюллера существенно расходятся уже для углов порядка 15-30°. Также показано, что при дифракции на наклонном экране различие между E -, M - и ( E , M )-теориями дифракции проявляется тем сильнее, чем сильнее наклон экрана. Так, при наклоне экрана порядка 80° E -, M -теории дифракции применимы только для очень небольших (порядка 1°) дифракционных углов. Сравнение с точным решением, полученным методом FDTD, подтвердило, что различие между E-, M - и ( E , M )-теориями дифракции для дифракции на плоском экране не так существенно, однако для расчетов предпочтительнее использовать ( E , M )-теорию дифракции.

Для изучения хромосферной активности Солнца в линии Нa предложена методика и алгоритмы построения световых кривых внепятенных солнечных вспышек. Разработано программное обеспечение аппаратно-программного комплекса Байкальской астрофизической обсерватории для компьютерного анализа развития вспышек по цифровым изображениям солнечной хромосферы.

Представлены результаты исследования возможности наблюдения объектов, расположенных на некотором расстоянии (до 5 м) от усилителя яркости, в моностатической схеме лазерного монитора. Проведено экспериментальное исследование влияния расстояния от усилителя яркости до объекта наблюдения на качество получаемых изображений. Показано, что временной сдвиг между началом импульса сверхсветимости и моментом поступления сигнала на вход усилителя яркости в значительной мере определяет контраст изображения на выходе усилителя яркости. Предложена схема, позволяющая получать контрастные изображения объекта, расположенного на расстоянии до 5 м от усилителя яркости.

Исследовано влияние давления воздуха, азота и аргона на генерацию пучков убегающих электронов при пробое в неоднородном электрическом поле. Получены данные о параметрах пучка убегающих электронов при давлениях, соответствующих высотам над уровнем океана в атмосфере Земли более 20 км.

Проведены исследования и оптимизация параметров излучения CuBr-лазера с малым объемом активной зоны, работающего в режиме сдвоенных импульсов накачки с частотой повторения от 5 до 100 Гц. Показана возможность повышения средней мощности излучения CuBr-лазера за счет оптимизации удельной энергии диссоциирующего и возбуждающего импульсов накачки, а также временной задержки между ними. Максимальные средние мощности излучения получены при частотах повторения импульсов накачки ~ 100 Гц и задержках порядка 125 мкс. При этом высокие энергии излучения достигнуты на низких частотах. На частоте повторения 5 Гц энергия излучения лазера составила 0,42 мДж с длительностью импульса генерации по полувысоте 30 нс и удельными энергиями диссоциирующего и возбуждающего импульсов 12 и 6 мДж/см ³ соответственно.