Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2017 номер 10

Рассчитаны потоки солнечного излучения в облачной и безоблачной атмосфере с учетом многократного рассеяния и поглощения. Рассмотрены облачные ситуации, наблюдающиеся в регионах Томска и Нижнего Поволжья. Сделано сравнение потоков, рассчитанных с использованием различных моделей континуального поглощения водяного пара, таких как эмпирическая модель MT_CKD, наиболее часто используемая в атмосферных расчетах, и модель континуума, основанная на экспериментальных данных CAVIAR. Сделаны оценки вклада континуума в коротковолновые потоки излучения в условиях различных типов облачности.

Рассмотрена возможность определения показателя преломления оптических волн в пограничном слое атмосферы на основе профилей температуры воздуха, измеренных метеорологическим температурным профилемером МТР-5. Проводится сопоставление профилей показателя преломления, полученных по результатам работы прибора МТР-5 и по аэрологическим измерениям. Приводятся примеры вычисленных значений показателя преломления и его производных в различные сезоны года.

Приводятся результаты расчетов возможных смещений лазерных лучей под воздействием регулярной рефракции в пограничном слое атмосферы. Рассматривается случай размещения источника излучения на уровне подстилающей поверхности. Оценки смещений проведены для различных длин волн и различных углов входа луча в атмосферу. В расчетах использованы экспериментальные данные по показателю преломления оптических волн до высоты 1000 м, полученные на основе длительных измерений (1 год) высотных профилей температуры воздуха метеорологическим температурным профилемером МТР-5.

Представлены количественные оценки вертикального распределения поглощенной солнечной радиации и температурных эффектов в фоновой и экстремально задымленной тропосфере Сибири, полученные с использованием эмпирических данных и численного моделирования. Вертикальные профили аэрозольных характеристик сформированы на базе эмпирической модели, основанной на результатах самолетного зондирования коэффициентов направленного рассеяния и содержания поглощающих частиц на разных высотах. Показано, что в условиях дымной мглы радиационное воздействие аэрозольных частиц c высоким содержанием сажи на суточный приток солнечной радиации в центральной части дымового слоя превышает 50%. Обусловленное поглощением солнечной радиации изменение температуры воздуха в течение светового дня составляет примерно 2,5-5,5 K при вариациях оптической толщины дымового аэрозоля в интервале 2 £ τ_дым(0,55 мкм) £ 4.

Рассматриваются механизмы образования глории (оптического явления, наблюдаемого на облаках) в ключе новых экспериментальных результатов исследований микрофизики облаков, полученных в ходе научных полетов самолета-лаборатории Як-42Д «Росгидромет» в условиях умеренных и арктических широт. Приводятся данные о распределении размеров частиц облаков, на которых наблюдалась глория, и рассматриваются закономерности ее образования.

В Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН (объем 1800 м³) исследована изменчивость оптико-микрофизических характеристик смешанного древесного дыма при его длительном старении в течение 6 сут в условиях периодических воздействий переменной относительной влажности воздуха в диапазоне 45-95%. По результатам спектронефелометрических измерений углового рассеяния и решения обратной задачи проанализирована динамика распределений по размерам и комплексных показателей преломления для микро-, средне- и крупнодисперсных фракций частиц, а также их эффективного радиуса, параметра локационного рассеяния и альбедо однократного рассеяния в видимой области спектра. Установлено, что на различных стадиях старения дыма как количественные, так и качественные особенности вариаций его оптико-микрофизических характеристик в зависимости от влажности воздуха значительно изменяются. Показано, что при старении смешанного дыма основными факторами изменчивости его свойств являются физико-химическая разнородность трех фракций дымовых частиц, а также физические процессы коагуляционной миграции микродисперсной сажи (размерами < 100 нм) по спектру размеров и конденсационного обводнения частиц. Взаимосвязанное воздействие «интерференция» отмеченных процессов на структуру частиц определяет основные особенности динамики дисперсного состава и поглощающих свойств дымовых частиц.

Приближения Рэлея-Ганса-Дебая и аномальной дифракции используются для формулировки необходимых и достаточных условий оптической эквивалентности хаотически ориентированных радиально-неоднородных оптически «мягких» эллипсоидальных частиц и полидисперсных радиально-неоднородных сферических частиц. Следствия оптической эквивалентности используются как основа оптической классификации изотропных ансамблей «мягких» эллипсоидальных частиц. Корректность классификации иллюстрируется расчетами с использованием метода Т-матриц и теории Ми.

Представлена принципиально новая физико-математическая постановка задачи восстановления среднего поля концентрации атмосферной примеси и определения источников эмиссии по данным локальных измерений - задача о пассивной локации атмосферы ветровыми потоками. Даются определения новых функций: среднего эффективного поля концентрации и среднего эффективного поля источников. Получены дифференциальная и интегральная формы уравнений для решения поставленной задачи. Кратко рассмотрены несколько частных случаев, демонстрирующих связь предлагаемого подхода с методами статистики обратных траекторий и задачами о прямом моделировании рассеяния примеси в атмосфере. Приведен пример решения поставленной задачи - среднее эффективное поле мелкодисперсного аэрозоля в регионе Дальнего Востока, рассчитанное по данным восьми пунктов солнечной фотометрии в системе мониторинга AERONET.

Для фонового участка района Томь-Обского междуречья выполнен сравнительный анализ химического состава водо- и кислоторастворимой фракций аэрозоля в сухих выпадениях, сопряженный с оценкой соотношения субмикронной и грубодисперсной фаз в приземном аэрозоле указанного фонового района и изучением их минерально-вещественного состава с использованием сканирующей электронной микроскопии. Выявлены различия в соотношениях металлов в водо- и кислоторастворимой фракциях. Обосновано предполагается, что водорастворимые соединения в основном содержатся в субмикронной фракции, тогда как кислоторастворимые формируют грубодисперсную.

Проведен совместный анализ данных посуточных измерений элементного и органического углерода в п. Ключи Новосибирской области и направлений ветра. Установлены тесные линейнo-корреляционные связи между компонентами для определенных секторов выноса, в которых находятся значимые техногенные источники углеродсодержащих примесей. В ряде секторов выявлено наличие фоновой составляющей органического углерода.

Проведены исследования наносекундных разрядов в воздухе, SF₆ и гелии при давлениях в единицы-десятки торр. Во всех трех газах при пробое в неоднородном электрическом поле зарегистрированы пространственные неоднородности диффузных струй в разрядном промежутке и автографов пучков убегающих электронов (ПУЭ). Показано, что при уменьшении давления диффузные струи в разрядном промежутке меняют форму, а их длина и количество увеличиваются и изменяются от импульса к импульсу; подтверждено, что амплитуды ПУЭ обычно увеличиваются с уменьшением давления газа. Предполагается, что наблюдаемые неоднородности диффузных струй и ПУЭ можно сопоставлять с переходными световыми явлениями в атмосфере Земли, которые имеют размеры в десятки километров и происходят на больших высотах при малых давлениях в условиях повышенной грозовой активности.

Описываются эксперименты по получению усиленного спонтанного излучения на D -линиях натрия ( D ₂ = 588,9 нм, D ₁ = 589,6 нм) при продольной оптической накачке с большой отстройкой от линии D ₂ в коротковолновую область. Измерены спектры излучения, показывающее наличие усиления на обеих линиях, при концентрации натрия (1-5)  10¹⁴ см^-3, давлении буферного газа гелия 600 торр, плотности мощности накачки более 1,5 МВт/см². Представлена временная характеристика выходящего излучения в зависимости от концентрации атомов натрия в активной среде. Приведены данные по поглощению излучения на D -линиях натрия при изменении концентрации атомов и давления буферного газа.

Показано, что эффективность адаптивной коррекции турбулентных искажений лазерного излучения значительно возрастает, если для управления корректирующим зеркалом используется алгоритм, синтезированный на основе прогноза измерений датчика волнового фронта Шэка-Гартмана. Применение прогнозирующего алгоритма управления позволяет минимизировать ошибку, связанную со временем запаздывания системы. Прогноз воспроизводимой зеркалом поверхности выполняется с помощью анализа фазовых флуктуаций во времени.