Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2022 номер 9

Представлены результаты численного моделирования на основе теории Ми эффекта суперрезонанса для диэлектрической сферы с низким показателем преломления. В качестве материала мезоразмерной сферы использована вода. Впервые показано, что не только ранее изученные слабодиссипативные мезоразмерные сферы из материала со «средним» (~ 1,5) и высоким (более 2) показателем преломления, но и сферы из материала с низким показателем преломления (~ 1,3) поддерживают эффект резонанса Фано высокого порядка, связанного с внутренними модами Ми. При этом интенсивности резонансных пиков как для магнитного, так и для электрического полей в окрестности полюсов сферы могут достигать огромных значений порядка 10⁶-10⁷ в окрестности полюсов сферы из воды с параметром размера Ми ~ 70, занимающими граничное положение с геометрической оптикой.

В работе приведены результаты комплексных экспериментальных исследований газовых примесей и вертикальной структуры аэрозоля в атмосфере над оз. Байкал в сентябре 2021 г., проводимых с борта научно-исследовательского судна (НИС) «Академик В.А. Коптюг». Измерения газовых примесей в приводном слое атмосферы проведены с использованием средств локального контроля - хемилюминесцентных газоанализаторов. Зондирование аэрозольных полей осуществлялось с применением многочастотного поляризационного аэрозольно-рамановского лидара "ЛОЗА-А2". По сравнению с предшествующими экспедициями в 2021 г. регистрировались низкие концентрации газовых примесей и аэрозоля, близкие к фоновым. Результаты анализа показали, что основной вклад в загрязнение атмосферы вносили локальные источники, расположенные вблизи береговой зоны озера.

Представлены результаты применения алгоритма обнаружения зеркально отражающих слоев в облаках верхнего яруса по данным пассивного спутникового зондирования. Рассматривается перистая облачность с оптической толщиной меньше 5 м и высотой верхней границы больше 8300 м, состоящая из преимущественно ориентированных в горизонтальной плоскости кристаллов льда, которая наблюдалась над территорией Западной Сибири с 2006 по 2007 г. Описана методика обнаружения зеркально отражающих слоев в облаках верхнего яруса и представлен статистический анализ их характеристик по спутниковым данным спектрорадиометра MODIS. Обсуждаются сезонно-широтные закономерности рассматриваемых параметров облачности над Западной Сибирью. Впервые оценены характерные значения площади, высоты расположения, коэффициента отражения и эффективной излучательной способности зеркально отражающих слоев над различными широтными зонами целевого региона.

Проанализированы долговременные ряды наблюдений вертикальной стратификации аэрозоля, описываемой отношением рассеяния, и вертикального распределения коэффициентов аэрозольного рассеяния на длине волны 532 нм над Томском (интервал высот 15-50 км). Экспериментальные данные получены из регулярных измерений, выполненных на лидарном комплексе станции высотного зондирования атмосферы Института оптики атмосферы СО РАН за 2010-2021 гг. На основе накопленного экспериментального материала выявлены региональные особенности внутри- и межгодовой изменчивости аэрозольной компоненты стратосферы Западной Сибири и предложена оптико-аэрозольная модель атмосферы, лучше соответствующая реалиям для этого региона, чем известные модели.

Численно исследованы возможности измерения скорости ветра в атмосферном слое от 10 до 20 км импульсным когерентным доплеровским лидаром (ИКДЛ) наземного базирования, работающем на молекулярном рассеянии света. В численных экспериментах определены требования к параметрам ИКДЛ с длинами волн зондирующего излучения 1 и 2 мкм для получения достоверной информации о скорости и направлении ветра в рассматриваемом атмосферном слое.

Установлены причины уменьшения чувствительности TROA (time-resolved optoacoustic) детектора в спектрометрах с импульсными лазерами и нерезонансного оптико-акустического (ОА) детектора в спектрометрах с непрерывными лазерами при переходе от буферного газа азота (воздуха) к водороду в смесях с поглощающим газом. В первом случае причиной является большая скорость звука в водороде при недостаточно широкой рабочей полосе частот микрофона. Во втором случае - низкая динамическая вязкость водорода, из-за которой выравнивание давления в пред- и замембранном объемах камеры ОА-детектора за время световой паузы происходит быстрее, чем для более тяжелых молекулярных газов. Поэтому амплитуда ОА-сигнала на частоте модуляции излучения непрерывного лазера растет пропорционально динамической вязкости газа.

Представлены результаты сравнения смешанных моментов компонентов вектора ветра турбулентного и мезо-гамма-масштабов, вычисленных с использованием экспериментальных данных, полученных в приземном слое атмосферы на высоте 10 м. Приведена статистика смешанных моментов для нескольких месяцев в разные сезоны 2021 г. Проведен краткий анализ их зависимости от скорости ветра и стратификации температуры воздуха в приземном слое. Сделан вывод о сопоставимости величин смешанных моментов, сформированных компонентами поля ветра мезо-гамма-масштаба, со смешанными моментами турбулентных составляющих вектора ветра.

Рассматриваются результаты моделирования радиационного форсинга дымового аэрозоля (РФА) на границах атмосферы в зависимости от фотохимической эволюции его органической компоненты, условий освещенности и типов подстилающей поверхности («вода», «смешанный лес», «снег/лед»). На верхней границе атмосферы увеличение альбедо подстилающей поверхности и уменьшение аэрозольной оптической толщины могут приводить к трансформации эффекта выхолаживания в нагревание. Рост поглощательной способности аэрозольных частиц является причиной увеличения РФА на верхней границе, наиболее значимо проявляемого над поверхностями типа «снег/лед», тогда как на нижней границе атмосферы РФА уменьшается. По мере роста зенитного угла Солнца РФА по абсолютной величине убывает, если дымовой шлейф распространяется над слабо отражающими поверхностями, но с увеличением альбедо подстилающей поверхности эта зависимость трансформируется в немонотонную. Показано, что пренебрежение трансформациями оптических характеристик органического аэрозоля может приводить к завышению или занижению радиационного форсинга аэрозоля на верхней границе атмосферы в несколько раз (на несколько десятков Вт/м²), а также стать причиной ошибки определения знака РФА.

Обсуждаются методические аспекты и подходы, использованные при организации измерений солнечной радиации в обсерватории «Фоновая» ИОА СО РАН, и возможности нового радиационного комплекса, интегрированного в измерительную систему обсерватории в 2020 г. Он оснащен комплектом приборов, позволяющих осуществлять непрерывный мониторинг суммарной (0,285-2,8 мкм), общей УФ- (0,280-0,400 мкм) и УФ- В -радиации (0,280-0,315 мкм), а также радиационного баланса. Описаны возможности специально разработанного программного обеспечения для сбора, передачи и обработки данных измерений.

Определены проектные характеристики турбулентного лидара, влияющие на его термомеханическую стабильность. Дано сравнительное описание двух различных конструкций, в которых реализованы разные подходы при выборе приемопередающей оптики, детекторов приемника, организации системы температурного контроля для стабилизации оптической скамьи лидара. Предложена схема моделирования лидарного приемопередатчика, включающая расчет смещений оптических элементов относительно базовых точек на оптической скамье и трассировку лучей от лазера в атмосферу и обратно. Рассмотрено влияние температурного градиента между противоположными сторонами оптической скамьи на работу приемных каналов. Представлены результаты экспериментального исследования лидаров на устойчивость к изменению температуры. Сформулированы рекомендации по улучшению конструкции турбулентного лидара.

Проведены экспериментальные исследования условий формирования стримеров красного цвета при давлении атмосферного воздуха 0,1-10 торр. Реализован режим генерации стримеров из плазмы безэлектродного емкостного разряда с длиной в десятки сантиметров. Показано, что при увеличении давления и напряжения разряд между металлическими электродами с малым радиусом кривизны переходит в стационарный режим, в котором стримеры не формируются. С помощью ICCD-камеры подтверждено, что цилиндрические стримеры стартуют с электрода, имеющего положительную полярность. Установлено, что при импульсных и непрерывных разрядах можно реализовать режимы, в которых при давлении воздуха ~ 1 торр цвет формируемой плазмы соответствует окраске красных спрайтов.

Динамика содержания СО₂ в древесине годичных колец и радиальный прирост деревьев могут меняться при воздействии низовых пожаров. Исследование спилов лиственниц, переживших пожар 1908 г. при взрыве космического тела в районе Подкаменной Тунгуски, выявило ряд особенностей поведения сорбированных СО₂, (СО₂+Н₂О) в древесине лиственниц. Анализ вакуумно-десорбированных проб из древесины годичных колец, проведенный оптико-акустическим методом, показал длительное погодичное накопление СО₂ и (СО₂+Н₂О) в стволах после 1908 г. Обнаружена смена цикличности выделения СО₂ в посткатастрофный период. В хронологиях ширин колец спилов также отмечена смена цикличности вариаций. Как показал анализ коэффициентов корреляций, специфическое поведение хронологий ширин колец спилов лиственниц этого региона, вероятнее всего, связано с вариациями солнечной активности.