Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2024 номер 1

С помощью источника синхротронного излучения SOLEIL в диапазоне 30-200 см^-1 были зарегистрированы спектры высокого разрешения, соответствующие чисто вращательной полосе и полосе ν₂-ν₂ двух наиболее распространенных изотопических форм озона с одним тяжелым атомом кислорода ¹⁸O. Кроме того, колебательно-вращательные полосы ν₂ были зарегистрированы в диапазоне от 550 до 880 см^-1 с использованием классического источника glowbar, что позволило расширить и уточнить информацию по сравнению с опубликованными данными для наблюдаемых переходов этих полос. Анализ зарегистрированных спектров позволил получить набор экспериментальных уровней энергии для основного (000) и первого изгибного (010) колебательных состояний, который значительно превышает литературные данные с точки зрения вращательных квантовых чисел. Для двух изотопических модификаций были проведены взвешенные подгонки всех экспериментальных положений линий, включая ранее опубликованные микроволновые данные. В результате были получены улучшенные значения вращательных параметров и параметров центробежного искажения для состояний (000) и (010), что позволило смоделировать положения экспериментальных линий со взвешенными стандартными отклонениями 1,284 (2235 переходов) и 0,908 (4597 переходов) для ¹⁶O¹⁶O¹⁸O и 1,168 (824 перехода) и 1,724 (2381 переход) для ¹⁶O¹⁸O1⁶O соответственно.

Зарегистрированы спектры молекулы сероводорода в диапазоне 12930-13310 см^-1 при комнатной температуре и трех давлениях 10, 20 и 30 торр на высокочувствительном лазерном спектрометре внутрирезонаторного затухания с чувствительностью по коэффициенту поглощения 3 × 10^-11 cм^-1. Определены центры и интенсивности спектральных линий. Выполнено теоретическое моделирование этих спектров в рамках метода эффективных операторов. Отмечено значительное расхождение рассчитанных вариационным методом ( Azzam A.A.A., Yurchenko S.N., Tennyson J., Naumenko O.V. Exomol line lists XVI: A hot line list for H₂S // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2016. V. 460. P. 4063-4074) и экспериментальных значений центров и интенсивностей спектральных линий.

Впервые с высокими разрешением (0,00016 см^-1) и пороговой чувствительностью (~ 1E-26 см/молек.) зарегистрирован спектр поглощения молекулы H₂S в диапазонах 6227,506-6236,844 и 6244,188-6245,348 см^-1 при комнатной температуре и давлении 0,001-0,06 атм. Измерения проведены в Институте общей физики РАН на высокочувствительном диодном лазерном спектрометре высокого разрешения с отношением сигнал/шум более 10000. Впервые измерены коэффициенты сдвига центров линий и их столкновительного уширения, зарегистрированы новые линии. Определенные в настоящей работе значения положений центров линий отличаются от расчетных, представленных в базе данных HITRAN, на величину Δν = (ν_H - ν_exp) × 10³ см^-1 ≈ 0,001-0,01 см^-1; значения интенсивностей совпадают существенно хуже, относительные разности 100% × ( S_H - S_exp)/ S_H составляют десятки процентов, интенсивности пяти линий отличаются на сотни и более процентов.

Теоретически рассмотрена проблема управления параметрами области филаментации мощных фемтосекундных лазерных импульсов при амплитудной модуляции излучения металлической сетчатой маской. В этом случае исходный лазерный пучок разбивается на отдельные субпучки меньшей энергии, что приводит к выраженной регуляризации пространственной структуры филаментов, формирующейся на этапе самофокусировки излучения за счет дифракционного взаимодействия между субпучками в нелинейной среде. С помощью численного моделирования установлено, что при использовании модуляционных сеток сокращается общая длина области филаментации фемтосекундного лазерного излучения в воздухе. Продольная связность лазерной плазмы в таких филаментах может существенно повышаться. Показано, что пространственными характеристиками филаментов (начало, протяженность, связность) можно управлять в широких пределах путем изменения параметров сеток (толщина перекрестий, размер ячеек), а также положения сеточной маски относительно центра лазерного пучка. Результаты работы важны для прогнозирования распространения мощного фемтосекундного лазерного излучения в нелинейной среде, в частности на атмосферных трассах.

Транзитные наблюдения экзопланет позволяют измерять такие величины, как температура и относительное содержание различных элементов в их атмосферах. Для измерения параметров атмосфер экзопланет методом транзитного поглощения широко применяется инфракрасная линия метастабильного гелия HeI 10830 Å. Спектры излучения (спектральная плотность мощности) звезд существенно влияют на физико-химические параметры верхних слоев атмосфер. Для звезд различных спектральных классов методом численного моделирования исследуются особенности транзитных поглощений в линии HeI 10830 Å. Результаты демонстрируют ключевую роль спектра звезды в формировании верхней атмосферы и амплитуде транзитных поглощений экзопланет в линии HeI 10830 Å.

Тундровые озера - важный индикатор изменений климата, поэтому анализ динамики их размеров представляет особый интерес. В работе представлены результаты применения сверточной нейронной сети U-Net для сегментации тундровых озер по спутниковым оптическим изображениям на примере данных Landsat. Выполнена сравнительная оценка точности сегментации с помощью оригинальной архитектуры U-Net и ее модификаций: U-Net++, Attention U-Net и R2 U-Net, в том числе с использованием весов, полученных на основе предварительно обученной сети VGG16. Точность сегментации оценивается путем сравнения с результатами ручного картирования тундровых озер в северных районах Сибири. Обучение сетей производилось на основе 500 изображений Landsat; 250 изображений использовались в качестве тестовых. Показано, что более современные модификации U-Net не дают практически значимого выигрыша в точности сегментации, но увеличивают вычислительные затраты. Наилучший результат показывает конфигурация на основе классической реализации U-Net (средний коэффициент Жаккара IoU = 0,88). Предложенный метод и полученные оценки могут использоваться при изучении тенденций современного климата Земли.

Представлены результаты оценки многолетней изменчивости характеристик полей однослойной облачности над территорией Западной Сибири в зимний период 2001-2019 гг. на основе спутниковых данных MODIS. Основная идея методики анализа заключается в использовании результатов распознавания 11 типов облаков по ежедневным зимним (декабрь, январь, февраль) изображениям из космоса, полученным в дневное время суток. Характеристики однослойной облачности рассмотрены для трех широтных зон Западной Сибири: южной (< 60° с.ш.), переходной (60-65° с.ш.) и северной (> 65° с.ш.). Найдены параметры линейных трендов следующих характеристик различных типов облаков: доля покрытия ими целевой территории, оптическая толщина, эффективный радиус частиц, водозапас и высота их верхней границы. Обсуждаются результаты сопоставления полученных данных с информацией из ежегодных оценочных докладов Росгидромета. Предложены гипотезы о причинах аномальных значений временных рядов характеристик различных типов облаков в исследуемых широтных зонах Западной Сибири зимой.

В продолжение первой части статьи приводятся экспериментальные результаты зондирования волн Кельвина-Гельмгольца УФ-лидаром УОР-5. Зондирование атмосферы лидаром УОР-5 производилось в зимне-весенний период над городской застройкой, представляющей собой «остров тепла». Улучшенные характеристики лидара в сочетании с термическим состоянием пограничного слоя атмосферы, который в холодное время года стратифицирован в основном устойчиво, позволили получить новые данные о форме волн Кельвина-Гельмгольца. Результаты анализа показали, что чувствительность и потенциал лидара УОР-5 (355 нм) выше, чем у лидара УОР-4 (532 нм). Зафиксировано, что после прохождения лазерным пучком пика области с максимальной интенсивностью турбулентности в гребне волны эхосигналы в обоих приемных каналах понижаются на 30%. Такое воздействие турбулентной атмосферы на эхосигналы лидара можно объяснить уширением зондирующего пучка многократным рассеянием на случайных неоднородностях среды.

Численно исследованы возможности использования молекулярного рассеяния для определения скорости ветра с помощью импульсного когерентного доплеровского лидара (ИКДЛ) с борта самолета на высотах 10-20 км. Моделирование проводилось для сфокусированного на 500 м зондирующего излучения на длинах волн 1 и 2 мкм; диаметр апертуры приемопередающего телескопа 10 см. Показано, что при измерениях с самолета для превышения порогового значения отношения сигнал/шум потребуется энергия в импульсе, значительно меньшая, чем при зондировании с Земли. Современные ИКДЛ с энергией зондирующих импульсов 1-4 мДж после добавления канала регистрации молекулярного рассеяния могут применяться для самолетных измерений ветра на высотах 10-20 км.

На основе многолетних исследований в акватории Карского моря (11 экспедиций в 2007-2022 гг.) впервые представлено статистическое обобщение характеристик атмосферного аэрозоля: объемного содержания субмикронного и грубодисперсного аэрозоля ( V_f и V_с ), массовой концентрации черного углерода (еВС) и спектральной аэрозольной оптической толщи (АОТ) атмосферы. В среднем пространственном распределении хорошо проявилось повышенное содержание субмикронного и поглощающего аэрозоля в юго-западной части Карского моря и минимальное содержание - в северной. Различие средних V_f и еВС в этих районах составляет 30-60%. Средние значения характеристик аэрозоля для всего Карского моря составили: АОТ атмосферы (0,5 мкм) - 0,043 при показателе Ангстрема 0,8; еВС - 22,8 нг/м³; V_f и V_с - 0,26 и 1,39 мкм³/см³ соответственно. Показано, что средние V_f и еВС над Карским морем занимают промежуточное положение между соответствующими значениями, полученными на полярной станции «Мыс Баранова» и в Баренцевом море.

На примере прибрежных вод Черного моря в районе г. Севастополя в 2022-2023 гг. проведено исследование сезонной изменчивости вертикального распределения концентрации хлорофилла а (Tchl- a ), спектральных показателей поглощения света всеми оптически активными компонентами (ОАК) водной среды и спектральных характеристик света. Показано, что Tchl- a в зоне фотосинтеза была минимальна зимой (0,66 мг/м³) и максимальна весной (3,57 мг/м³). Установлено доминирование относительного вклада окрашенного растворенного органического вещества в общее поглощение света на длине волны 438 нм во все исследуемые сезоны. Отмечено, что относительный вклад фитопланктона в общее поглощение света всеми ОАК на длине волны 438 нм был наибольшим в летнее время. Доказано, что увеличение общего поглощения света взвешенным и растворенным органическим веществами приводило к сужению зоны фотосинтеза и изменению спектрального состава света в море. Вертикальное распределение Tchl- a и ОАК было обусловлено гидрофизическими характеристиками вод.