Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2014 номер 1

Аппарат фазовых траекторий и фазовых портретов применен для анализа флуктуационных процессов в открытых оптических каналах передачи данных. На основе серии экспериментальных выборок для временных рядов распределения интенсивности пучка в плоскости регистрации выполнена реконструкция размерности пространства вложения для первых двух пространственных моментов. Структура восстановленных фазовых траекторий позволит прогнозировать динамику пространственно-временных флуктуационных процессов на различных масштабах времени.

Тепловая дефокусировка лазерного пучка приводит к ограничению мощности излучения, которое может быть эффективно передано через атмосферу. Фокусировку в условиях теплового самовоздействия можно считать эффективной, если минимальный радиус окружности полного перехвата излучения в фокальной плоскости меньше радиуса начальной апертуры источника излучения. Рассматривается метод, с помощью которого можно выполнить оценку эффективности фокусировки многоэлементного пучка в условиях теплового самовоздействия.

Важным этапом создания математических моделей распространения примесей в пограничном слое атмосферы является проверка их на экспериментальном материале или на данных наблюдений – оценка адекватности модели. Однако невозможность повторения эксперимента при неизменных метеорологических условиях и как следствие малый объем выборки данных измерений не позволяют оценить адекватность корректным образом. Предложен новый, основанный на интегральном преобразовании, метод оценки адекватности математических моделей. Он может быть использован даже в тех случаях, когда имеются только однократные измерения концентрации, в том числе с различными законами распределения в каждой точке пространства. Возможно объединение данных отдельных экспериментов, проведенных в различных метеорологических условиях. Эффективность метода иллюстрируется примером.

Для систем NH₃–Ar и NH₃–He показана неоднозначность определения межмолекулярного потенциала из экспериментально измеренных коэффициентов уширения γ спектральных линий поглощения молекулы аммиака. Получено, что различные наборы потенциальных параметров, с одинаковой точностью восстанавливающие коэффициенты уширения линий поглощения молекулы NH₃ давлением указанных газов при комнатной температуре, по-разному определяют эти коэффициенты при других температурах. Наиболее ярко различие в температурной зависимости коэффициентов γ проявляется для линий NH₃ в смеси NH₃–He. Для NH₃ в смеси NH₃–Ar эта зависимость проявляется для линий с малыми значениями вращательного квантового числа K, при K → J этот эффект ослабевает.

В настоящее время наиболее широко применяемым распределением уклонов морской поверхности является распределение Грама–Шарлье. Проанализированы ограничения его использования при моделировании отражения света от морской поверхности. Показано, что распределение Грама–Шарлье не позволяет строить оптические изображения во всем диапазоне углов зондирования, в котором работают оптические сканеры, установленные на низкоорбитальных космических аппаратах. Получены эмпирические соотношения, связывающие статистические моменты уклонов морской поверхности и их углов.

Рассматривается совместное применение метода искусственных нейронных сетей (ИНС) и метода главных компонент для зондирования вертикальных профилей температуры и состава атмосферы. Предлагается модификация метода ИНС, основанная на минимизации среднеквадратической погрешности конечного определяемого параметра атмосферы. На примере определения вертикального профиля температуры по измерениям прибора МТВЗА показано существенное (в сотни раз) преимущество предлагаемой методики в отношении скорости обучения ИНС и небольшое преимущество в точности определения профиля.

По результатам наземных спектрометрических измерений стратосферного содержания NO₂ в Томске (Западная Сибирь) и Жиганске (Восточная Сибирь) обнаружены значительные отрицательные аномалии диоксида азота в зимне-весенний период 2011 г. Отрицательные аномалии NO₂ наблюдались и в другие годы, но аномалии 2011 г. были рекордными. Значительные понижения содержания NO₂ сопровождались отрицательными аномалиями общего содержания озона (ОСО), температуры и высот изобарических поверхностей в стратосфере. Анализ траекторий атмосферного переноса и горизонтального распределения ОСО показал, что уменьшение стратосферного содержания NO₂ в зимне-весенние периоды вызвано переносом стратосферного воздуха из областей пониженного содержания озона. Вертикальные профили NO₂ в Томске указывают на то, что, по всей вероятности, определенный вклад в аномалии NO₂ в начале весны 2011 г. внесла денитрификация полярной стратосферы в области арктической озоновой дыры.

Представлены результаты параллельных наземных измерений вертикальных профилей озона и температуры с использованием микроволновой и лидарной техники во время стратосферного потепления. Во время зимнего потепления (декабрь 2012 г. – январь 2013 г.) зарегистрированы заметные вариации концентрации озона и температуры в средней атмосфере. Концентрация озона на высотных уровнях от 25 до 60 км выросла в 1,5–2 раза, при этом значительно увеличилась амплитуда ее колебаний. Пик положительного отклонения температуры от ее среднемесячного значения достигал 70 К на высоте 30 км. Суточные колебания озона на высоте 60 км, связанные с заходом и восходом Солнца, составляли около 30%.

Рассмотрена проблема восстановления многолетнего ряда значений сферического альбедо Земли. Построенная модель реконструирует среднегодовые значения альбедо на основе среднегодовой температуры приземной тропосферы и тепловой инерции гидросферы. Доказана устойчивость модели к вариациям начальных данных, что подтверждается на практике с 1880 г. Оценивается точность воспроизведения альбедо на интервале 1984–1999 гг.

С помощью поляризационного спектронефелометра в Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН (1800 м³) проведены измерения спектральных коэффициентов углового аэрозольного рассеяния в смешанных дымах в ходе их 3-суточной эволюции. Дымы формировались при смешении продуктов термического разложения хвойных древесных материалов от источников низкотемпературного пиролиза (~ 400°С) и высокотемпературного открытого горения с пламенем (~ 800°С). По данным решения обратной задачи исследованы особенности формирования дисперсного состава дымов и комплексного показателя преломления частиц для трех интервалов дисперсности. Показано, что динамика формирования и эволюции смешанных дымов кардинальным образом определяется вкладом в оптические свойства сильнопоглощающей микродисперсной фракции частиц (радиусы < 150 нм, близкий к саже показатель поглощения вещества частиц ~ 0,4–0,8). Частицы средне- и крупнодисперсных размеров (более 200 нм) являются умеренно- и слабопоглощающими: показатель поглощения ~ 0,03÷0,15. Поглощательная способность смешанного дыма высока, и альбедо однократного рассеяния достигает низких значений ~ 0,60÷0,45, уменьшаясь при выстаивании дыма. При дымообразовании формируются двухмодальные распределения частиц по размерам со средне- (350–400 нм) и крупнодисперсной ~ 760 нм модами. При длительном выстаивании спектр размеров характеризуется одной модой дыма ~ 600 нм, а эффективный радиус частиц возрастает от 160 до 330 нм. Показано, что взаимная динамика объемных коэффициентов обратного рассеяния и ослабления, альбедо однократного рассеяния и эффективного радиуса частиц описывается статистически значимыми линейными корреляционными связями.

После мощных извержений тропических вулканов в стратосфере наблюдается систематическое повышение температур относительно многолетних норм. Температурные аномалии в стратосфере тропического пояса вызывают формирование очагов тепла в Арктическом регионе, что в свою очередь приводит к значительному уменьшению границ ледового покрова Северного Ледовитого океана. С использованием спектральной модели общей циркуляции атмосферы промежуточной сложности проанализировано возмущающее влияние новых температурных контрастов в стратосфере Северного полушария на климатические изменения в арктических регионах. Рассмотрено влияние мощных вулканических извержений на временные ряды изменений температуры тропической стратосферы и приземных температур для региона п-ова Чукотка. Установлено, что все мощные вулканогенные аэрозольные возмущения стратосферы откликаются в течение 10 лет всплесками температур у поверхности Земли в очаге тепла на п-ове Чукотка.

Методика расчета выброса в атмосферу загрязняющих веществ при лесных пожарах внедрена в расчетный комплекс COSMO-Ru7-ART и позволяет выполнять корректировку входных данных при моделировании распространения шлейфа примесей от пожара. Фактор эмиссии оценивается по типу растительности и ее средней биомассе при известных (или предполагаемых) площади пожара и его продолжительности. При прогнозе распространения примесей учитывается их химическая и физическая трансформация. Тестирование методики выполнено для случаев сильных пожаров в центре Европейской территории России в августе 2010 г. с использованием химико-транспортной модели COSMO-Ru7-ART. Результаты моделирования и данные наблюдений сопоставлены для территории Метеорологической обсерватории Московского государственного университета.

Впервые рассмотрены вопросы эффективности синхронной работы секций двухсекционного лазера на парах бромида меди. Проведено сравнение с системой «генератор–усилитель». На основе явления поглощения зондирующего излучения перед фазой усиления показана роль остаточных электронов в заселении метастабильного уровня.

There are two types of photophoretic forces, the ΔT_S - (Crookes) and the Δα-force (Knudsen). This paper deals with the fundamental problem of distinguishing by experiment between both forces by using their different dependencies on pressure. We explored gravito-photophoresis of individual particles from three materials differing in their physical properties (carbon amorphous, crystalline, aluminium). On the grounds of available aerosol theory representation of the majority of cases is not feasible. Resolvable special cases and the data in their entirety, however, secure unambiguously earlier hypotheses that the force of gravito-photophoresis is normally caused by differences in the accommodation coefficient (Δα) over the surface. That conclusion is confirmed by a method for determining the size of particles from the force-pressure diagram which yields reasonable results. Hypothetical application of gravito-photophoresis to atmospheric aerosols now obtains empirical corroboration. Some aluminium particles surprisingly show changes in behaviour depending on pressure and irradiance. Here, the levitating force is determined not only (as usual) by the momentary irradiation, but also by the previous history of this factor. We assume that with some metals the irradiation can induce variations in the accommodation coefficient. Results of the investigations are applied to clarifying lasting problems of electro-photophoresis and apparent longitudinal photophoresis.