Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2016 номер 1

Проведено моделирование колебательно-вращательных уровней энергии первой и второй триады, а также первой и второй гексады молекул D₂¹⁸O, HD¹⁸O, D₂¹⁷O и HD¹⁷O с использованием гамильтониана Уотсона и вращательного оператора, записанного через аппроксиманты Паде-Бореля. Подгонкой по методу наименьших квадратов восстановлены вращательные, центробежные и резонансные постоянные, определены коэффициенты перемешивания колебательно-вращательных волновых функций, проведен анализ резонансных взаимодействий. Исследованы предсказательные способности полученных параметров эффективных гамильтонианов при далекой экстраполяции по вращательным квантовым числам.

Представлены результаты расчета средней интенсивности пучка, прошедшего в начале трассы через ударную волну, которая образуется при сверхзвуковом обтекании потоком воздуха турели, и распространяющегося далее в однородной среде. Показано, что пространственная неоднородность показателя преломления воздуха в области ударной волны может приводить к сильным анизотропным искажениям пересекающего ее пучка, приводящим к его фокусировке и фрагментации на сравнительно небольших расстояниях от турели и быстрой его деградации при дальнейшем распространении.

Исследована структура турбулентных движений воздуха в замкнутых объемах (без обмена веществом на границах) над неоднородно нагретой поверхностью путем численного решения нескольких краевых задач для уравнений Навье-Стокса. Показано, что над неоднородно нагретой поверхностью возникают уединенные тороидальные вихри (когерентные структуры, топологические солитоны). Количество вихрей и их внутренняя структура зависят от формы и размера нагретых неоднородностей. В случае простых форм нагрева (однородный нагрев, одно нагретое круглое пятно) в объеме наблюдается когерентная турбулентность, возникающая в результате когерентного распада вихрей. Для сложных форм нагрева (тепловая пестрота) тороидальные вихри заметно деформируются. Вихри могут быть вытянутыми вдоль поверхности и иметь спиральные линии тока. В процессе эволюции вихри заметно смешиваются. Это дает колмогоровскую (некогерентную) турбулентность. Экспериментальные данные, полученные ранее в подкупольных помещениях астрономических телескопов, подтверждают наши численные расчеты.

Впервые получено распределение вероятностей для удельного заряда сальтирующих песчинок на опустыненной территории. По данным измерений на опустыненной территории в Калмыкии (июль 2014 г.) удельный заряд сальтирующих песчинок менялся от 10 до 150 мкКл/кг при среднем значении 48,5 мкКл/кг. Создан оригинальный аппаратурный комплекс, с помощью которого на опустыненной территории в Калмыкии выполнены синхронные измерения флуктуаций электрического тока сальтации и концентрации сальтирующих песчинок, а также турбулентных пульсаций скорости ветра. Приведены оценки пороговых скоростей сальтации и генерации электрических зарядов в ветропесчаном потоке. Впервые установлены обусловленные нелинейными процессами в ветропесчаном потоке закономерности трансформации статистических характеристик вариаций в ряду параметров: скорость ветра - концентрация песчинок - плотность электрического тока сальтации, включая изменения эмпирических функций распределения и спектров плотности мощности флуктуаций указанных параметров.

Рассмотрена методика решения задачи рассеяния света в направлении рассеяния назад методом физической оптики. Даются рекомендации по проведению предварительной оценки вклада геометрооптических пучков, позволяющей сократить список необходимых для расчета пучков в сотни раз. Представленные эмпирические оценочные формулы и рекомендации по выбору оптимального шага численного интегрирования позволяют значительно снизить ресурсоемкость метода физической оптики для указанных микрофизических моделей гексагональных кристаллических частиц. Полученные результаты решения задачи рассеяния света доступны в виде банка данных матриц Мюллера в свободном доступе.

Представлены результаты экспериментов по управлению положением и длиной области филаментации фемтосекундных лазерных импульсов на атмосферной трассе длиной 150 м с использованием различной начальной пространственной фокусировки и дефокусировки пучков различного радиуса. Получено распределение филаментов вдоль области филаментации, измерены зависимости длины области филаментации от значения числовой апертуры пучка, его начального радиуса и мощности импульса. Зарегистрированы эмиссионные спектры свечения мишеней различных материалов, помещенных в область филаментации, удаленной от источника излучения.

Микроволновые (МКВ) радиометры широко используются для мониторинга общего содержания водяного пара (ОСВП) - важнейшего парникового газа в земной атмосфере. Для определения точности МКВ-метода определения ОСВП проводятся разнообразные измерительные кампании. Приведены результаты сопоставления наземных МКВ-измерений (радиометр RPG-HATPRO) ОСВП вблизи Санкт-Петербурга (Петергоф) с данными ближайшей станции радиозондирования (пос. Воейково). Сравнения включают более 850 измерений ночью и днем в период с 13.03.2013 по 31.05.2014 г. Показано, что рассогласования измерений ОСВП с помощью двух методов обусловлены как погрешностями самих измерений, так и пространственной неоднородностью поля влагосодержания атмосферы. Эти рассогласования могут достигать десятков процентов, что необходимо учитывать при взаимных сопоставлениях различных методов измерения ОСВП. Исключение наиболее сильного влияния пространственной неоднородности позволило заметно снизить средние расхождения МКВ- и радиозондовых измерений до 3-4%, а стандартные рассогласования до 12-14%.

Предлагаются методические обоснования определения альбедо подстилающей поверхности в ближней инфракрасной области спектра по данным наблюдений спектральной прозрачности атмосферы и яркости дневного безоблачного неба в альмукантарате Солнца. Анализируется вклад компоненты, описывающей процессы отражения света, в яркость на разных угловых расстояниях от Солнца. Оценено влияние аэрозольного поглощения на компоненты яркости, используемые при определении альбедо. Выявлено влияние зенитного угла Солнца и вытянутости аэрозольной индикатрисы рассеяния на окончательный результат вычислений альбедо.

Рассмотрена методология получения пространственных распределений респирабельных фракций аэрозоля в нижних слоях атмосферы по данным многочастотного лидарного зондирования без дополнительных измерений оптических и микрофизических параметров аэрозоля на исследуемой трассе. Для этой цели спектральные значения аэрозольного коэффициента ослабления, входящие в лидарные уравнения, предложено заменить линейно-независимыми параметрами их аппроксимации, а пространственные распределения этих параметров восстанавливать путем численного решения системы уравнений, составленных из всех спектрально-временных отсчетов лидарных сигналов. В результате количество неизвестных в решаемой системе уравнений существенно сокращается, а ее матрица оказывается переобусловленной, что можно использовать для выбора физически обоснованных значений аэрозольной индикатрисы обратного рассеяния на рабочих длинах волн лидара. Для определения калибровочных констант лидара используется предположение, что на трассе зондирования присутствуют два участка со схожими профилями аэрозольного коэффициента ослабления. Предложен алгоритм поиска таких участков по спектрально-временной структуре лидарного сигнала. Обратная задача аэрозольного светорассеяния решается на основе устойчивых регрессионных соотношений между концентрациями респирабельных фракций аэрозоля и параметрами аппроксимации его спектра ослабления. Путем численных экспериментов по лазерному зондированию аэрозоля показана устойчивость разработанного метода к погрешностям калибровки и пространственным вариациям аэрозольной индикатрисы обратного рассеяния.

Рассмотрен лазерный флуоресцентный метод мониторинга состояния растительности. Описана лабораторная установка, и приведены результаты обработки экспериментальных спектров флуоресценции растений для длины волны возбуждения флуоресценции 532 нм. Показано, что средняя по небольшой серии измерений величина R отношения интенсивности флуоресценции на длине волны 685 нм к интенсивности флуоресценции на длине волны 740 нм характеризуется высокой стабильностью при измерениях разных образцов одного и того же растения. В большинстве случаев сумма доверительных интервалов величины R (при доверительной вероятности 95%) для нормального и стрессового состояний не превышает отличия средних значений величины R для нормального состояния и стрессовых состояний растений, вызванных разными причинами.

Рассмотрены двумерная динамико-стохастическая модель на основе алгоритма фильтра Калмана и методика ее применения для сверхкраткосрочного, с заблаговременностью от 1 до 6 ч, прогноза метеорологических полей в случае связанных процессов. Обсуждаются результаты статистической оценки совместного прогнозирования полей температуры и давления по данным измерений метеорологических станций Новосибирск (индекс 29634) и Томск (индекс 29430) за 2014 г., выполняемых через каждые 0,5 и 3 ч соответственно. Проведено сравнение качества прогнозирования метеорологических полей для случая связанных процессов и случая прогнозирования каждого поля в отдельности.