Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2018 номер 4

Проведены измерения и анализ колебательно-вращательного спектра поглощения водяного пара в видимой области от 19480 до 20500 см^-1 на Фурье-спектрометре IFS-125M с разрешением 0,05 см^-1 при давлении 26,3 мбар, температуре (24 ± 1) ^oС и длине оптического пути 24 м. Для измерений использовались кювета с базовой длиной 60 см и оптическая система Уайта. В качестве источника излучения применялся светодиод. Отношение сигнал-шум составило 20000. В результате анализа спектра был получен список из более чем 420 линий, содержащий центры, интенсивности и квантовую колебательно-вращательную идентификацию. С использованием полученной экспериментальной информации были определены более 220 колебательно-вращательных уровней энергии 21 верхнего колебательного состояния.

Для систем H₂O-Ne, H₂O-Kr и H₂O-Xe определена зависимость межмолекулярных потенциалов взаимодействия от колебательных квантовых чисел молекулы Н₂О. При температуре Т = 296 К вычислены коэффициенты уширения γ и сдвига &dlta; линий для семи колебательных полос ν₁, ν₂, ν₃, 2ν₂, ν₁ + ν₂, ν₂ + ν₃ и ν₁ + ν₂ + ν₃ из диапазона поглощения от 640 до 9550 см^-1. Для коэффициентов уширения γ предложена аналитическая формула, определяющая их вращательную и колебательную зависимости. Показано, что с возбуждением валентных мод колебаний в колебательной полосе коэффициенты уширения γ возрастают. Влияние изгибной моды колебаний на величину γ незначительно.

Полоса ν₂ исследована на основе метода комбинационных разностей с использованием FTIR-спектра высокого разрешения молекулы SO₂ в диапазоне 400-700 см^-1. Проинтерпретировано более 4500 линий с максимальными значениями квантовых чисел J и K_а , равными 96 и 25 соответственно. На этой основе определено 1294 энергетических колебательно-вращательных уровней состояния (010). В результате решения обратной задачи с использованием этих уровней получено 32 параметра эффективного гамильтониана, которые позволяют воспроизводить исходные экспериментальные данные с точностью d_rms = 1,9 ( 10^-4 см^-1.

С использованием метода Монте-Карло исследованы общие закономерности формирования лидарного сигнала при зондировании водной толщи, содержащей косяки пелагических рыб. Результаты статистического моделирования глубинных профилей мощности лидарного сигнала и его деполяризации позволяют предложить метод поляризационного лазерного зондирования косяков морских рыб, базирующийся на сравнении количественных значений мощности и деполяризации лидарного эхосигнала с некоторыми пороговыми уровнями измеряемых величин, которые устанавливаются в зависимости от конкретных значений коэффициента ослабления морской воды в акватории промысла.

Проанализирована изменчивость вертикального распределения интенсивности свечения гидробионтов и концентрации хлорофилла  а в осенний период вдоль побережья Крыма и ее причины на основе экспедиционных данных и спутниковой информации. Показано, что минимальные интенсивности свечения морских организмов и концентрации хлорофилла  а наблюдались в глубоководной части исследуемой акватории в области циклонического мезомасштабного вихря, где отмечался подъем вод и толщина верхнего перемешанного слоя не превышала 20 м. Максимальные значения концентрации хлорофилла  а и интенсивности свечения наблюдались на станциях, расположенных в мелководной шельфовой части моря, богатой биогенными элементами.

Проведена верификация результатов численного моделирования распространения антропогенных выбросов Норильской промышленной зоны с помощью модели WRF-CHEM с привлечением данных самолетного зондирования, выполненного в августе 2004 г. Показано, что выбранная конфигурация модели WRF-CHEM v3.5.1 адекватно воспроизводит метеорологические параметры, полученные в ходе измерительной кампании 2004 г. Результаты численного моделирования распределения концентраций сернистого ангидрида и озона и массовой концентрации аэрозоля качественно воспроизводят распределения, восстановленные из данных самолетного зондирования. Количественные оценки показали, что среднеквадратические ошибки для сернистого ангидрида, массовой концентрации аэрозоля PM_2,5 и озона, рассчитанные для трех вылетов, составили 23 млрд⁽¹, 2,6 мкг/м³, 9,8 млрд⁽¹ соответственно. Такие расхождения могут быть вызваны некорректностью определения начальных и граничных условий, неточностями в задании величины антропогенных эмиссий, ограничениями в используемых аэрозольном и химическом механизмах.

Приводятся результаты исследования изменения суммарной солнечной радиации, облачности, продолжительности солнечного сияния и приземной температуры воздуха в Томске за период 1996-2016 гг. Показано, что наблюдаются уменьшение суммарной солнечной радиации, продолжительности солнечного сияния и, наоборот, увеличение приземной температуры, балла общей и нижней облачности. Прослеживаются тенденции увеличения вклада облаков верхнего яруса и уменьшения - облаков среднего яруса.

Представлен анализ данных по среднемесячной приземной температуре воздуха за период 1940-2015 гг. по наблюдениям сети метеорологических станций Южного Урала. Для исследования пространственно-временной структуры приземной температуры атмосферного воздуха был использован метод разложения температурных рядов на естественные ортогональные составляющие (ЕОС). Выполнен корреляционный анализ выявленных ЕОС для зимы и лета с индексами основных крупномасштабных мод естественной изменчивости климата Северного полушария. На первую ведущую ЕОС, которая описывает положительный температурный тренд, приходится основной вклад в общую изменчивость. Зимой ведущая мода связана с Североатлантическим колебанием. Для лета выявлен существенный вклад Атлантического мультидекадного колебания и Восточно-Атлантического - Западно-Российского индекса, что может быть использовано для улучшения прогноза изменений климата в регионе в ближайшие десятилетия. В целом результаты говорят о значительном влиянии естественной климатической изменчивости на температурный режим и возможной трудности в выделении антропогенной составляющей климатических изменений в регионе.

На основе данных многолетних (2004-2016 гг.) экспедиционных исследований проведены статистическое обобщение и районирование физико-химических характеристик аэрозоля в Восточной Атлантике (от Ла-Манша до Антарктиды). Для шести широтных зон Атлантического и Южного океанов (> 45( с.ш., 20-45( с.ш., 0-20( с.ш., 0-20( ю.ш., 20-55( ю.ш., >55( ю.ш.) представлены средние значения основных характеристик аэрозоля: аэрозольной оптической толщи атмосферы, мелко- и грубодисперсной компоненты аэрозольной оптической толщи, счетных концентраций частиц, массовых концентраций аэрозоля, «сажи», водорастворимых ионов (Na⁺, Mg²⁺, Cl⁽, K⁺, Ca²⁺, NH₄⁺, NO₃⁽, SO₄²⁽) и газообразных примесей (SO₂, HCl, HNO₃, NH₃). Показано, что диапазон зональной изменчивости оптических и микрофизических характеристик аэрозоля - около одного порядка: самые большие средние значения наблюдаются в тропической зоне, минимальные - над Южным океаном. Зональные различия (от 1,3 до 4,3 раз) концентраций ионов и газообразных примесей существенно меньше и сопоставимы с синоптической изменчивостью. Максимальные концентрации «морских» ионов зафиксированы над Южной Атлантикой, «континентальных» ионов - в тропической и субтропической зонах Северного полушария, а минимальные концентрации всех ионов - над Южным океаном. Отмечена специфика географического распределения газообразных примесей: максимальные концентрации HCl и NH₃ наблюдаются над Южной Атлантикой, SO₂ и HNO₃ - вблизи Европы, а самый низкий уровень - в тропической зоне.

В разных районах оз. Байкал выполнены измерения индикатрисы рассеяния света и глубины видимости белого диска. По результатам измерений индикатрисы рассеяния света рассчитаны численная и массовая концентрации общей взвеси и ее органической и минеральной фракций. По этим данным установлены связи различных характеристик взвеси с глубиной видимости белого диска. Проведено сравнение формулы связи общей массовой концентрации взвеси с глубиной видимости белого диска для вод оз. Байкал с соответствующими формулами, полученными по измерениям в морских водах.

На основе данных высыпания энергичных электронов, полученных при помощи техники инверсии магнитограмм, выполнены модельные оценки вариаций параметров ночной среднеширотной ионосферы для Иркутска (52( с.ш., 105( в.д.) во время очень сильной геомагнитной бури 20-23 ноября 2003 г. ( K _р = 9, D _stmax = 472 нТл). Полученные потоки высыпающихся электронов способны создавать концентрации электронов в ночной ионосфере с величинами n_e ( 3 ( 10⁶ см⁽³ и температурой электронов T_e ( 4500 K, что может обеспечить наблюдаемые величины увеличения эмиссии красной линии за счет возбуждения уровня ¹ D атомарного кислорода главным образом при столкновениях молекулярных ионов кислорода с тепловыми электронами.

Показано, что спектр пропускания светового излучения через слой голографического сенсора на основе внедренных в полимерную матрицу нанозерен серебра хорошо описывается выражениями, полученными с учетом рэлеевского светорассеяния и поглощения нанозернами серебра. Оптические характеристики среды определяются в приближении Максвелла Гарнетта. При наличии голографической структуры в спектре возникает провал. Возможность определения аппроксимирующих кривых зависит от интервала аппроксимации. Полученные кривые хорошо приближают спектры как при наличии интерференционной структуры, так и без нее. Параметры провалов совпадают для различных диапазонов. При этом значения параметра фона, связанного с поглощением, которые получены при различных диапазонах аппроксимации, могут сильно отличаться.

Представлены наиболее характерные результаты измерений параметров атмосферных осадков, полученные в период с июня по октябрь 2016 г. на метеоплощадке ИМКЭС СО РАН с использованием оптического осадкомера ОПТИОС. Приведены распределения частиц по размерам для осадков различных видов. Проведено сравнение результатов измерения интенсивности и количества осадков с данными, полученными с помощью традиционных осадкомеров.