Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2018 номер 2

В первой части статьи были изложены принципы построения турбулентного лидара и дано описание двух действующих модификаций систем УОР-2 и УОР-3. Во второй части представлены результаты натурных экспериментов на горизонтальных трассах. Лидар УОР-2 работал на 2-километровой трассе совместно с независимым измерителем - датчиком дрожания изображения (ДДИ). Лидар УОР-3 работал на горизонтальной трассе длиной 26 км. На лидаре УОР-2 были поставлены эксперименты, направленные на изучение формы пика усиления обратного рассеяния. В наших экспериментах полуширина пика составила 6,5 мкрад. Проведено зондирование апертурами разного размера. Получена экспериментальная зависимость изменения фактора q влияния турбулентности на среднюю мощность рассеянного света на приемнике в зависимости от размера приемной апертуры, которая удовлетворительно согласуется с формулой Воробьева. Представлены результаты зондирования и обращения лидарных данных в структурную постоянную «оптической» турбулентности C ²_n с применением приближения Воробьева для однородной турбулентности. Дальность зондирования лидаром УОР-3 составила  10 км. Корреляция между лидарными данными и данными ДДИ была 0,7-0,8. Зондирование показало, что даже горизонтальная трасса не является статистически однородной, поэтому в дальнейшем при решении обратной задачи локационного зондирования турбулентности следует применять более сложные процедуры восстановления структурной характеристики C ²_n .

Представлены результаты численного моделирования распространения многоканального когерентного излучения, искажения которого обусловлены стационарным тепловым самовоздействием. Также рассмотрена коррекция искажений на основе фазового и амплитудно-фазового управления волновым фронтом. Приводимые данные демонстрируют зависимость качества компенсации искажений от числа каналов оптической системы и точности восстановления фазы опорного излучения. Дополнительное повышение качества коррекции возможно при переходе от чисто фазового управления к амплитудно-фазовому, т.е. при регулировании усиления в каждом из каналов.

На основе численного моделирования исследованы возможности повышения эффективности работы оптических многоапертурных систем наблюдения в турбулентной атмосфере. Проанализированы особенности формирования синтезированного изображения, представляющего собой сумму (наложение) изображений, полученных на каждой отдельной субапертуре, при наличии турбулентных искажений. Приведены результаты анализа качества изображений, синтезированных матрицей N ´ N субапертур ( N = 5-10). Показано, что при использовании большого числа субапертур турбулентные искажения в синтезированном изображении, полученном с учетом компенсации смещений субизображений на каждой отдельной субапертуре, являются изопланарными в широком диапазоне атмосферных условий, что позволяет существенно улучшить качество изображения методами компьютерной коррекции. При этом существует оптимальный размер субапертуры, определяемый главным образом параметром Фрида, характеризующим степень турбулентных искажений.

В работе рассматривается и обосновывается аналитическая в явном виде оценка сечения поглощения однородных слабопреломляющих несферических частиц и их взвесей. На примере Spirulinaplatensis реализован способ оценки спектра показателей поглощения пигментов в области фотосинтетически активной радиации, исключающий использование экстрактов пигментов. Исследуется влияние распределения размера и формы клеток на спектры поглощения. Оценивается внутриклеточная концентрация хлорофилла  а , фикоэритрина и фикоцианина.

Выполнены измерения затухания электромагнитного излучения в переохлажденной до температуры близкой -70 °C воде в диапазоне длин волн от 0,2 до 3,0 см. Для достижения глубокого переохлаждения использовались нанопористые материалы, в которых свойства поровой воды оказываются близки свойствам объемной воды. Измерения позволили получить формулу для коэффициента затухания переохлажденной воды при температурах ниже -30 °С. С использованием новых данных выполнены расчеты погонного затухания электромагнитного излучения в миллиметровом диапазоне длин волн при отрицательных температурах для увлажненных аэрозолей с малыми электромагнитными потерями материала частиц.

Приведены результаты исследования распределения изотопов Tl-208, Pb-212, Ac-228, Pb-214, Bi-214, Th-234, Ra-226, Pb-210, Cs-137, Be-7 и К-40 в пробах атмосферного аэрозоля южной, центральной и северной частей Таджикистана. Обнаружены значимые корреляции между концентрациями изотопов Cs-137 и Th-234 (0,95), Cs-137 и Ra-226 (0,95), Ra-226 и Bi-214 (0,84), Ас-228 и Ra-226 (0,75), Pb-210 и Pb-214 (0,69), Ac-228 и Pb-214 (0,64), К-40 и Pb-212 (0,71), Cs-137 и Bi-214 (0,78), Th-234 и Pb-212 (0,67). Корреляции между концентрациями остальных изотопов незначимые или отрицательные. Статистические данные для пылевых вторжений свидетельствуют, что концентрации изотопов К-40, Cs-137 и Bi-214 превышают фоновый уровень загрязнения в сотни раз, а остальных изотопов - в десятки раз.

Представлены оценки прямых радиационных эффектов (ПРЭ) фонового и дымового аэрозоля в ИК-области спектра, полученные с использованием оригинального алгоритма метода Монте-Карло и моделей OPAC для типичных летних условий и условий дымной мглы 2012 г. на территории Cибирского региона. Показано, что на границах атмосферы величина ПРЭ в тепловом диапазоне по отношению к среднесуточному значению радиационного воздействия в солнечной области спектра составляет примерно 3% в фоновых условиях и 10-15% в условиях сильного замутнения.

На примере Московского региона, где метеорологические наблюдения проводятся на 20 станциях, показано, как особенности микроклимата в местах их размещения, создаваемые рельефом местности, влияют на расчетные значения городского острова тепла в Москве. Для обнаружения локальных эффектов использовались данные о минимальной и максимальной температурах на станциях и крупномасштабные топографические карты. В отдельных случаях в качестве маркеров орографической микроциркуляции привлекались измерения концентрации СО. Демонстрируется необходимость использования данных городских и сельских станций, расположенных в схожих по микроклимату условиях, для изучения антропогенного городского острова тепла.

С использованием ранее построенной авторами математической модели глобального переноса многокомпонентных газовых примесей и аэрозолей выполнены расчеты концентраций в атмосфере сульфатных аэрозолей и частиц полярных стратосферных облаков (ПСО) применительно к обоим полушариям в зимнее время. Найдено, что ключевым фактором, определяющим тип формирующихся аэрозольных частиц в атмосфере, является распределение в ней температуры. В северных широтах наблюдается возникновение лишь частиц слоя Юнге, а в атмосфере над тропиками выявлены локальные области формирования частиц ПСО: переохлажденных частиц тернарного раствора H₂SO₄/HNO₃/H₂O, частиц тригидрата азотной кислоты и ледяных частиц.

Представлена параметризация возникновения и эволюции низовой метели с учетом всех основных физических механизмов возникновения метелевого переноса, динамики потока воздуха и снежных частиц, а также процесса испарения взвешенных частиц.

Представлены результаты численных и экспериментальных исследований по управлению оптическими элементами резонатора KrF-лазера с помощью метода обработки изображений. Рассмотрены различные методы бинаризации изображения пучка для определения граничных размеров и выравнивания распределения интенсивности его излучения. Определены условия, позволяющие ускорить процесс юстировки дисперсионного резонатора в автоматическом режиме работы лазера и восстановить исходные параметры выходного пучка с точностью до 5%.

Описываются сравнительные измерения метеорологической дальности видимости атмосферы с помощью лидара и нефелометра. Данные синхронных измерений свидетельствуют о хорошем совпадении результатов, полученных на разных приборах в определенных ситуациях. Коэффициент корреляции достигает величины 0,92.

На основе результатов статистического синтеза оптимального алгоритма обнаружения объектов гиперспектральной аппаратурой исследованы особенности такого алгоритма, которые позволили установить некоторые общие закономерности обнаружения пространственных объектов по гиперспектральным данным, связывающие амплитудные и спектральные различия излучения объекта и фона.