Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2018 номер 10

Представлены новый алгоритм построения параметризаций молекулярного поглощения в атмосфере Земли, который учитывает изменение газового состава атмосферы с высотой и имеет ряд других достоинств, а также построенная с помощью этого алгоритма параметризация в диапазоне частот от 10 до 2000 см^-1 в интервале высот от поверхности Земли до 76 км. Проведено сравнение результатов расчетов поля собственного излучения атмосферы Земли, выполненных с использованием этой параметризации, с результатами эталонных расчетов ( line - by - line ), которое показало, что представленная параметризация имеет хорошую точность в нижней и средней атмосфере как при отсутствии облаков, так и при наличии облачных слоев с большой оптической толщиной.

Проведены исследования колебательно-вращательного спектра поглощения молекулы НD¹⁶О в видимой области от 16600 до 17400 см^-1 с помощью метода светодиодной Фурье-спектроскопии. Спектр зарегистрирован на Фурье-спектрометре Bruker IFS-125M с разрешением 0,09 см^-1. В качестве источника излучения применялся светодиод высокой яркости. Для измерений использовалась многоходовая кювета системы Уайта с длиной оптического пути 2880 см. В результате анализа спектра были определены параметры спектральных линий: центры и интенсивности. Список линий содержит более 300 переходов на колебательные состояния (005) и (104). Полученные результаты сравниваются с расчетными и экспериментальными данными других авторов.

Высокочувствительный метод оптико-акустической калориметрии используется в исследовании влияния молекул H₂O, адсорбированных на поверхности алюминиевого оптического зеркала, на поглощение (отражение) излучения 266 нм. Установлено, что добавки водяного пара с парциальными давлениями P _H2O = 7,9 мбар и P _H2O = 15 мбар к сухому воздуху атмосферного давления увеличивают коэффициент поглощения излучения 266 нм «сухим» зеркалом на 12 и 21% соответственно. Результаты численного моделирования пропускания многоходовой спектрофотометрической кюветы указывают на крайнюю необходимость учета наблюдаемого эффекта при измерениях спектров поглощения газов и атмосферного воздуха, содержащих водяной пар, с использованием многоходовых кювет.

Проведено лабораторное моделирование изменения цвета световой струи, образующейся в апокампическом разряде при различной плотности воздуха. Наблюдаемое изменение имеет сходство с изменением цвета транзиентов в атмосфере Земли, возникающих на различных высотах. Экспериментально показано, что оно вызвано изменением соотношения интенсивности излучения второй и первой положительной систем молекулярного азота. Результаты теоретической оценки указанного соотношения находятся в согласии с экспериментом в интервале давлений от 1 до 120 торр.

На основе результатов измерения профилей температуры воздуха в пограничном слое атмосферы рассчитаны возможные отклонения лазерного пучка от точки размещения приемника при наклонных трассах распространения. Рассмотрен возможный сезонный и суточный ход отклонений под влиянием регулярной рефракции. Выделены и проанализированы случаи одновременно сильной (регулярной) рефракции лазерного пучка и его значительного уширения из-за влияния турбулентности.

Приводятся результаты двухволнового лидарного зондирования средней атмосферы в диапазоне высот от 30 до 60 км над г. Обнинском (55,1^o с.ш., 36,6^o в.д.) в 2012-2017 гг. Усредненные по слоям 40-50 и 50-60 км среднемесячные значения отношения коэффициентов обратного аэрозольного и обратного рэлеевского рассеяний (ОКОАРР) на длине волны 532 нм изменяются от 0 до 0,02, в то время как средние пиковые уровни ОКОАРР в этих слоях варьируют от 0,1 до 0,2. Наблюдаются кратковременные (менее месяца) и долговременные (от полугода и более) вариации обратного рассеяния. Кратковременные вариации соотносятся по времени с прохождением метеорных потоков. Долговременное увеличение обратного рассеяния в слое 50-60 км наблюдалось в 2013 г. после падения Челябинского метеорита, а также в первом полугодии 2016 г. В 2014-2015 гг. среднемесячное ОКОАРР в пределах погрешностей было равно 0 на высотах от 40 до 60 км. Проведен анализ возможности проявления метеорного аэрозоля в обратном рассеянии с учетом потоков метеорного вещества, гравитационного осаждения аэрозоля и влияния вертикального ветра. Показано, что поток видимых метеоров c массой более 10^-6 кг и болидов недостаточен для долговременного увеличения обратного рассеяния в слое 50-60 км. Предполагается, что наиболее вероятной причиной увеличения обратного рассеяния является формирование укрупненной фракции частиц метеорной дымки, образующихся при абляции радиометеоров и проникающих в верхнюю стратосферу в области полярного стратосферного вихря. В начале 2016 г. этому способствовали образование необычайно интенсивного полярного стратосферного вихря и его смещение в сторону Евразии.

Предложен метод определения параметров ветровой турбулентности из данных, измеряемых импульсным когерентным доплеровским лидаром при коническом сканировании зондирующим пучком в условиях слабого эхосигнала. Представлены результаты пространственно-временной визуализации кинетической энергии турбулентности, ее скорости диссипации и интегрального масштаба турбулентности из измерений лидаром Windcube 200s в пограничном слое атмосферы. Показано, что применяемая процедура фильтрации лидарных данных позволяет получать приемлемые результаты при ненулевой вероятности плохой оценки радиальной скорости.

Рассмотрена задача оптимального управления процессом преднамеренного воздействия на климатическую систему Земли с целью стабилизации глобальной приповерхностной температуры. Преднамеренное воздействие на климатическую систему осуществляется посредством управляемого радиационного возмущения, создаваемого искусственным аэрозолем, инжектируемым в стратосферу. Объект управления описывается двухкомпонентной энергобалансовой моделью, подверженной радиационному воздействию, которое обусловлено увеличением концентрации парниковых газов в атмосфере. Антропогенное воздействие на климатическую систему задается в соответствии со сценариями семейства RCP, а также со сценарием, соответствующим увеличению содержания парниковых газов на 1% в год. Управляющей переменной служит альбедо искусственно создаваемого аэрозольного слоя. Оптимальное управление и соответствующая ему фазовая траектория системы получены аналитически с использованием принципа максимума Понтрягина. Рассмотренный подход может служить основой для разработки сценариев воздействия на климатическую систему с использованием различных методов геоинженерии.

Временная изменчивость концентраций газовых примесей CO, NO, NO₂, SO₂ и аэрозоля PM₁₀ в приземном слое атмосферы над Москвой имеет недельную цикличность, которая проявляется в снижении уровня загрязнения в выходные дни. Для определения характера недельных вариаций и амплитуды недельного цикла впервые использован 10-летний архив данных наблюдений состава атмосферы на 46 станциях ГПБУ «Мосэкомониторинг». Средние по территории города и сезонам амплитуды недельных колебаний дневной концентрации CO меняются от 21,8% весной до 29,2% зимой, а NO - от 16,9% летом до 38,1% зимой. Недельный цикл дневной концентрации NO₂ стабилен в течение года и его амплитуда в среднем равна 33%. Амплитуды недельных вариаций SO₂ и PM₁₀ максимальны осенью по дневным данным и равны соответственно 22,7 и 35,2%, а недельный цикл CH₄ не является значимым. В ночных концентрациях этих примесей значимый недельный цикл выделяется только в значениях NO₂. Анализ данных, полученных по отдельным округам Москвы, показывает примерно одинаковое проявление воскресного эффекта. Лишь в концентрации CO повышенными амплитудами выделяются центр города (39,2%) и юго-западный сектор (35,1%).

Анализируются данные измерений концентрации черного углерода (black carbon - ВС) в 2012-2014 гг. в приземном воздухе в районе арктической международной обсерватории Тикси, расположенной вблизи дельты р. Лены. Выявлены вариации концентрации ВС разных масштабов и разной длительности. Показано, что аномальные максимумы концентрации ВС (выше 1000 нг/м³) встречаются редко, преимущественно в «теплое» время года (май - сентябрь), продолжительность их не превышает 2 сут. Наиболее длительные эпизоды высокой концентрации ВС связаны с дальним атмосферным переносом продуктов горения от районов природных пожаров. Во время этих эпизодов в приземной атмосфере значимо изменяются температура воздуха и радиационный баланс. Повышение температуры приземного воздуха (при климатической норме 10-11 °С) в дни поступления дымового аэрозоля от ближайших пожаров в июле может достигать 10 °С.

Приводятся описание текущего состояния и технические характеристики TOR-станции, созданной 25 лет назад для мониторинга состава атмосферы, основных метеорологических величин и других параметров. Результаты многолетних наблюдений показали, что с момента создания и развития особой экономической зоны в Академгородке г. Томска качество воздуха на его территории значительно ухудшилось.