Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2021 номер 10

В настоящее время наиболее полным теоретическим списком линий поглощения мономера водяного пара является спектроскопический банк данных POKAZATEL, в котором содержатся линии Н₂О до энергии диссоциации 40000 см^-1 (0,25 мкм). Проведено моделирование атмосферного пропускания УФ-излучения с использованием линий Н₂О из списка POKAZATEL. В УФ-диапазоне уточнены параметры уширения линий поглощения с применением различных аппроксимаций. Показано, что вклад линий поглощения Н₂О в атмосферное пропускание может достигать 0,03 в диапазоне ~ 25000 см^-1 при спектральном разрешении 0,01 см^-1.

Для выбора эффективной схемы дистанционного зондирования аэрозольной атмосферы с использованием метода спектроскопии лазерно-индуцированного пробоя фемтосекундными импульсами необходима информация об угловом распределении интенсивности эмиссии из области филаментации. В настоящей работе представлены результаты серии экспериментов по идентификации примесного вещества методом спектроскопии лазерно-индуцированного пробоя фемтосекундными импульсами. На основе полученных данных сделана оценка углового распределения интенсивности эмиссии примеси из области филаментации фемтосекундного излучения в водном аэрозоле в диапазоне от 0 до 180°. Предложена модель углового распределения излучения с учетом поглощения в плазме в области филаментации. Получена оценка изменения интенсивности линии излучения в зависимости от концентрации примесного вещества в водном аэрозоле. Показано, что эмиссия из области филаментации происходит за счет спонтанного излучения.

Рассмотрены количественные и физико-геохимические характеристики взвешенных веществ в зимней атмосфере Якутска, которые накапливаются в твердой фазе снежного покрова. На территории города в 2020 г. была проведена снеговая съемка. На основе современных методов анализа дана оценка особенностей трансформации химического состава взвешенных веществ в зимней атмосфере урбанизированной территории. Установлены особенности макро- и микроэлементного состава твердой фазы снега на территории города. Интенсивность поступления химических элементов с зимней пылью изменяется в пределах 6-7 математических порядков: от максимальной 10³-10⁴ мг/(м² × сут) для Са, Fe и Al до минимальной £ 10 ^-3 мг/(м² × сут) для Pt, Au, Hg. Наиболее неблагоприятно с санитарной точки зрения поступление из зимней атмосферы Fe, Zn и As. Загрязнение тяжелыми металлами снежного покрова в Якутске заметно ниже, чем в ряде городов Восточной Сибири.

Разработан метод определения скорости диссипации турбулентной энергии, дисперсии радиальной скорости ветра и интегрального масштаба турбулентности из спектральной плотности вертикальной компоненты скорости ветра, измеряемой импульсным когерентным доплеровским лидаром. Для получения несмещенных оценок таких параметров ветровой турбулентности учитывается усреднение радиальной скорости ветра по зондируемому объему. Метод протестирован в численном эксперименте. Предложен алгоритм расчета погрешности лидарных оценок скорости диссипации, получаемых этим методом.

Для тестирования нового метода определения параметров ветровой турбулентности из спектров вертикальной компоненты вектора скорости ветра, измеряемой импульсным когерентным доплеровским лидаром (ИКДЛ), летом 2020 г. нами был проведен эксперимент на территории Базового экспериментального комплекса ИОА СО РАН. Сравнительный анализ оценок скорости диссипации турбулентной энергии, получаемых двумя методами: 1) из спектра вертикальной компоненты вектора скорости ветра (новый метод); 2) из азимутальной структурной функции радиальной скорости, измеряемой конически сканирующим ИКДЛ (ранее применяемый метод), показал, что новый метод также дает несмещенную оценку. Представлены результаты лидарных измерений параметров ветровой турбулентности при наличии в пограничном слое атмосферы низкоуровневого струйного течения и внутренней гравитационной волны.

Представлены результаты статистического моделирования альбедо и диффузного пропускания атмосферы в видимой области спектра в присутствии сплошной и разорванной кристаллической облачности. Основные численные эксперименты выполнены с использованием третьей версии модели, предложенной группой авторов в составе B.A. Baum, P. Yang, A.J. Heymsfield et al. (смесь частиц разной формы и размеров с сильно шероховатой поверхностью). Для оценки влияния эффектов случайной геометрии облаков на перенос солнечного излучения в атмосфере использован предложенный Г.А. Титовым метод замкнутых уравнений, разработанный в рамках модели на основе пуассоновских потоков точек на прямых. Анализ влияния микроструктуры кристаллической облачности на усредненные по множеству реализаций альбедо и диффузное пропускание при средних баллах облачности показал, что среднее значение неопределенности, обусловленное отсутствием информации о форме и размерах частиц, находится в пределах примерно ± 2%. Эта величина сопоставима с влиянием эффектов случайной геометрии в оптически тонких облаках, тогда как в оптически плотной облачности диапазон ошибок, вызванных игнорированием горизонтальной неоднородности, увеличивается и составляет примерно ± 5% при расчетах альбедо при занижении диффузного пропускания на 10-20%.

Представлены результаты исследования влияния усвоения данных сетей грозопеленгации на качество прогноза погоды по численной модели. Для двух случаев гроз 2020 г. над Краснодарским краем были выполнены оценки качества прогнозов для некоторых метеовеличин: без усвоения данных грозопеленгации; отдельно с усвоением данных глобальных и региональных сетей; с усвоением совокупности данных сетей. В качестве процедуры усвоения применялась WRF-LTNGDA, в качестве прогностической модели - WRF-ARW версии 3.9.1. Изучено влияние данных сетей WWLLN, ГГО, ВГИ, а также новой глобальной грозометрической сети TLN на качество прогноза погоды.

Рассматривается применение метода на основе искусственных нейронных сетей для оценки общего содержания водяного пара в столбе атмосферы по данным спутникового прибора МСУ-ГС геостационарного космического аппарата «Электро-Л» №3. Результаты сравнения восстановленных оценок общего содержания водяного пара, полученных по данным МСУ-ГС, с данными спутникового прибора MODIS и результатами измерений станций AERONET показали высокую согласованность. Среднеквадратическая ошибка при сравнении с данными MODIS составила 0,311 см, с данными AERONET - 0,409 см, а корреляция - 98,2 и 84,7% соответственно. Полученные результаты говорят об эффективности предложенной методики определения общего содержания водяного пара для решения целевых задач физики атмосферы.

Проведен обзор методик калибровки оптических измерителей характеристик атмосферных осадков. Проанализированы недостатки существующих методик калибровки оптико-электронного измерителя осадков ОПТИОС и предложены способы их устранения. Подробно описан оригинальный запатентованный метод калибровки оптического осадкомера, позволяющий повысить точность определения размеров гидрометеоров за счет учета эффективного размера каждого светочувствительного элемента линейного сенсора. Сделан вывод об универсальности предложенного метода калибровки, что позволяет использовать его для повышения показателей точности любых оптических измерителей линейных размеров различных объектов, использующих в качестве измерительного преобразователя линейный массив светочувствительных элементов.

Рассматривается совместное влияние на систематическую погрешность ультразвуковых измерений температуры неучтенной временной задержки прохождения сигнала между парами «излучатель-приемник звука» и температурных изменений расстояний между ними. Приводятся аналитические соотношения для оценивания рассматриваемой погрешности и результаты ее расчетов. Описывается метод градуировки подобных приборов в климатической камере с применением эталонных средств измерений, позволяющий более чем на порядок уменьшать влияние неучтенной временной задержки в диапазоне измеряемых температур от -70 до +50 °С.

Теоретически исследован процесс генерации второй гармоники (ГВГ) лазерного излучения (ЛИ) в кристалле ВВО с целью определения таких оптимальных значений параметров фокусировки и волновой расстройки, при которых эффективность ГВГ становится максимальной. Эта задача оптимизации решалась с дополнительным условием (ДУ) - максимальная плотность мощности ЛИ в объеме кристалла не должна превышать априорно заданного значения. При этом никаких ограничений на саму мощность ЛИ не накладывалось. Исследование состоит из двух частей. В настоящей работе (первая часть) влияние ДУ на процесс и результаты решения задачи оптимизации рассмотрено с использованием приближения заданного поля. Показано, что наличие ДУ приводит к тому, что оптимальные значения параметров фокусировки и волновой расстройки становятся зависимыми от мощности ЛИ. В то же время алгоритм решения задачи оптимизации заметно упрощается, что позволяет существенно (приблизительно на порядок) уменьшить время выполнения расчетов.