Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2022 номер 5

Проведено численное моделирование распространения мощных фазомодулированных фемтосекундных лазерных импульсов в воздухе. Пространственная модуляция исходного волнового фронта импульса осуществлялась с помощью программируемой фазовой пластинки, состоящей из расположенных в шахматном порядке зон с варьируемым скачком фазы волны. В рамках численного решения нелинейного уравнения Шредингера для усредненной по времени амплитуды электрического поля исследованы режимы самофокусировки, филаментации и постфиламентационного каналирования излучения для фазомодулирующих масок с различным сдвигом фазы на границах соседних сегментов. Показано, что при определенных типах фазовой модуляции импульса область его филаментации в воздухе может быть существенно смещена (по координате) и удлинена по сравнению с немодулированным импульсом. Кроме того, установлено, что применение фазовой модуляции позволяет понизить угловую расходимость формирующихся на стадии постфиламентационного распространения интенсивных световых каналов. Это обеспечивает возможность самоканалирования излучения на расстояниях, кратно превышающих длину Рэлея.

Рассмотрены результаты анализа аэрозоля водного раствора NaCl методом спектроскопии лазерно-индуцированного пробоя фемтосекундными импульсами (FS-LIBS). Приведены результаты оценки концентрации примеси (Na) методом аналитической пары с использованием метода добавок. В качестве линии внутреннего стандарта принято излучение атомарного иона азота N+ на длине волны 500,515 нм, образованного из молекул атмосферного азота в области филаментации. Возможность оценки концентрации химического соединения (NaCl) по излучению его составной части (Na) в водном аэрозоле методом FS-LIBS представляет интерес для развитии методов фемтосекундного лидарного зондирования.

Представлены результаты расчета колебательных и вращательных термов электронных состояний X²Π и B²Σ⁺ молекулы оксида фосфора (PO). Рассчитан спектр поглощения, соответствующий электронному переходу B²Σ⁺ (v′ = 0) - X²Π (v″ = 0). Проведена оценка эффективности лазерного возбуждения молекул PO в зависимости от спектральных параметров излучения. Установлено, что эффективность возбуждения электронного перехода B²Σ⁺ (v′ = 0) - X²Π (v″ = 0) молекулы PO примерно на порядок ниже, чем для перехода A²Σ⁺(v′ = 0) - X²Π (v″ = 0). Полученный результат имеет практическое значение с точки зрения выбора оптимальной схемы лазерного возбуждения флуоресценции PO-фрагментов при реализации метода дистанционного обнаружения органофосфатов.

Анализируются результаты лазерной гранулометрии нанодисперсной фракции осевшего аэрозольного вещества и УФ-спектрометрии водных смывов с поверхности разновозрастной хвои четырех видов лесообразующих пород растений. Оценена активность эффлоресценции фенольных соединений на поверхность разновозрастной хвои в период зимнего покоя растений. Показана возможность образования вторичных органических аэрозолей в результате фотоактивированных реакций между фенольными соединениями и осажденным аэрозольным веществом. Обсуждается возможность поступления вторичных органических аэрозолей в полог зимнего леса под воздействием радиометрического фотофореза. Предполагается, что фотофорез вторичных аэрозолей в поле уходящего с поверхности снежного покрова ИК-излучения («снеговой» фотофорез) может существенно влиять на вертикальный перенос вторичных органических аэрозолей в пологе хвойного леса зимой.

Исследована зависимость интенсивности эмиссионных линий Ca (393,3; 396,8; 422,6 нм), Mg (383,6 нм), Na (589 нм) от длительности лазерного импульса в методе филаментно-индуцированной эмиссионной спектроскопии. Филамент возбуждался в аэрозоле морской воды с каплями размером 0,8-2 мкм лазерными импульсами длительностью 70, 230, 500, 900 фс при неизменной энергии импульса 3,0 мДж. Показано, что с увеличением длительности лазерного импульса интенсивности эмиссионных линий исследуемых элементов возрастали, за исключением линии Mg. Получены оптимальные значения длительности лазерного импульса для возбуждения линий Ca, Mg, Na в аэрозоле морской воды.

Проведено сравнение параметров турбулентности, полученных при помощи лидара, с параметрами, определенными из средних скорости ветра и температуры воздуха в приземном слое атмосферы. Представлены результаты наблюдений структурной характеристики коэффициента преломления C_n², определяемой из отношения эхосигналов турбулентного лидара, в приземном слое атмосферы при работе на слабонаклонной трассе. Опробована методика определения скорости диссипации кинетической энергии из лидарных данных.

Зимой-весной 2010/2011 и 2019/2020 гг. наблюдались сильнейшие аномалии озонового слоя в стратосфере Арктики за всю историю спутниковых наблюдений. Они были вызваны чрезвычайно сильным и продолжительным стратосферным полярным вихрем, повлекшим беспрецедентное химическое разрушение озона. Анализ данных TEMIS показывает, что относительное отклонение общего содержания озона (ОСО) от многолетнего (2003-2019 гг., за исключением 2011 г.) среднего составило 37-44% в 2011 г. и 45-55% в 2020 г. на станциях наблюдения, расположенных в арктических широтах, и 27-36% в 2011 г. и 27-32% в 2020 г. - в субарктических. По данным Aura MLS, минимальные температуры над Арктикой были на 8-12% ниже нормы в 2011 г. и на 8-13% ниже нормы в 2020 г. Концентрация озона для ст. Алерт падала до 23% от многолетнего среднего на высоте 20 км 22 марта 2011 г. и до 6% на высоте ~ 19 км 15 апреля 2020 г. Детальный корреляционный анализ показал, что отклонения концентраций водяного пара и озона, водяного пара и температуры, озона и температуры от многолетних средних значений сильнее коррелируют в 2020, чем в 2011 г. Корреляции убывают к периферии вихря вследствие обмена воздушными массами между арктическими и средними широтами, а за пределами Северного полярного круга становятся малозначимы.

Рассматривается формирование туманов в нижнем бьефе Красноярской ГЭС на реке Енисей в течение 2020 г. Метеорологические условия, соответствующие времени формирования туманов, фиксировались на геопортале, разработанном авторами, температура воды определялась на гидропосту, а регистрация туманов выполнялась с помощью веб-камер. Анализ данных показал, что в летний период образуются адвективные туманы охлаждения, а зимой, ранней весной и осенью - адвективные туманы парения. Туманы охлаждения формируются путем охлаждения влажного воздуха при взаимодействии нижнего слоя атмосферы с более холодной движущейся поверхностью воды. Туманы парения образуются при адвективном охлаждении паров воды на поверхности реки более холодной примыкающей атмосферой. Определяется пространственное распределение туманов парения вдоль реки на основе данных дистанционного зондирования.

Представлены результаты численного моделирования биогеохимических процессов в период осеннего охлаждения оз. Байкал. Исследовано воздействие ветра на распределение фито-, зоопланктона, нитратов, аммония и фосфатов при развитии осеннего термобара в Баргузинском заливе оз. Байкал. Расчеты показали, что осенний термобар в сочетании с эффектом западных ветров, направленных против движения термического фронта, существенно замедляет распространение вод с высоким содержанием планктона в центральную часть залива.

Описаны методы численного прогноза максимальной толщины гололедных отложений и его результаты для десяти случаев гололеда на Восточно-Европейской равнине и одного - в Приморском крае. Приводятся оценки успешности прогнозов толщины отложений льда, полученные с помощью расчетов по выходной информации модели WRF-ARW и по данным измерений на синоптических станциях в различных регионах России.

Разработан алгоритм и на его основе создан программный продукт для управления счетчиком фотонов и записи данных системы регистрации приемного тракта лидара на длинах волн 299/341 нм при зондировании атмосферы с пространственным разрешением от 1,5 до 150 м. Основные функции программы: поверка подключения устройства; прием данных лидарного зондирования; оцифровка данных; графический вывод на экран; запись данных в файл; преобразование формата файла .dat в .txt. Выполнена экспериментальная проверка программного продукта совместно с приемным узлом мобильного озонового лидара, который был внедрен в программно-аппаратную часть измерительного комплекса Сибирской лидарной станции. В состав приемного узла мобильного озонового лидара входят счетчик фотонов PHCOUNT_4Е и фотоэлектронные умножители H12386-210 фирмы Hamamatsu. Приведены данные лидарного зондирования атмосферы и пример профиля концентрации озона, восстановленного из лидарных данных за февраль в 2022 г.

С помощью численного моделирования оценено влияние столкновительного уширения линий на точность измерения температуры тропосферы (0-11 км) чисто вращательными Рамановскими (ЧВР) лидарами при их абсолютной калибровке по спектроскопическим параметрам. Моделирование проводилось для пяти наборов спектральных фильтров (СФ) с разными полосами пропускания в блоке спектральной селекции лидара и длины волны источника лазерного излучения 355 нм. Показано, что при игнорировании уширения ЧВР-линий молекул N₂ и O₂ неустранимая ошибка абсолютной калибровки может достигать значений от 0,14 до 0,44 К в зависимости от набора СФ. При выделении только по одной ЧВР-линии в двух лидарных каналах (например, с помощью интерферометра Фабри-Перо) уширением линий можно пренебречь.