Главная – Журналы – Поиск по журналам

Проведен сравнительный анализ экспериментальных значений параметров, определяющих уширение и сдвиг центров линий водяного пара собственным давлением. Проанализировано 3796 коэффициентов уширения γ и 2419 коэффициентов сдвига δ линий из диапазона 1000-14000 см^-1. Найдено, что коэффициенты γ, измеренные для одних и тех же линий в различных работах, систематически отличаются, максимальное отличие достигает более 20%. Коэффициенты сдвига γ десятков подобных линий не согласованы даже по знаку. В рамках полуклассического метода с использованием модели точных траекторий проведен расчет коэффициентов γ и γ 17 колебательных полос и представлена выборка рассчитанных значений этих коэффициентов для 270 колебательно-вращательных переходов. Полученные результаты могут быть полезны при анализе спектра молекулы водяного пара в реальных условиях земной атмосферы.

Одно из направлений исследований в нелинейной оптике мощного ультракороткого лазерного излучения - лазерная атмосферная филаментация. В последние годы быстро развиваются новые подходы к изучению этого явления и к практическому использованию полученных результатов. Например, подход, основанный на варьировании давления в среде распространения мощных фемтосекундных лазерных импульсов, позволяет масштабировать результаты, полученные в лабораторных условиях, для прогнозирования распространения излучения на реальных протяженных атмосферных трассах. В настоящей работе представлены результаты численных исследований распространения мощных фемтосекундных импульсов титан-сапфирового лазера при их филаментации в воздухе при различном давлении. Такой барометрический подход позволяет спрогнозировать формирование нелинейного фокуса при самофокусировке, образование области филаментации и постфиламентов на реальных атмосферных трассах протяженностью в сотни метров. Это возможно благодаря законам масштабирования, связывающим давление в среде распространения с начальными параметрами мощных ультракоротких лазерных импульсов. Результаты лабораторных исследований в условиях повышенного давления на расстояниях в несколько метров масштабируются на протяженные воздушные трассы длиной в сотни метров при атмосферном давлении. Численное моделирование в рамках данной работы проводилось на основе редуцированного (интегрированного по времени) нелинейного уравнения Шредингера для огибающей оптического поля при распространении мощных фемтосекундных импульсов титан-сапфирового лазера в условиях 16-кратного изменения давления воздуха. Детально рассмотрено формирование многофокусной структуры области филаментации, которое особенно выражено в этих условиях. Полученные результаты могут быть полезны для прогнозирования распространения мощного фемтосекундного лазерного излучения на реальных атмосферных трассах протяженностью в сотни метров и более, что актуально для задач дистанционной диагностики компонент атмосферы и доставки энергии на большие расстояния.

Обзор посвящен проблеме эвтрофикации водоемов и подходам к контролю данного процесса. Описаны ключевые биофизические и химические маркеры эвтрофикации водоемов, включая содержание в водной среде хлорофилла- а , взвешенных веществ и биогенных элементов, а также летучих молекулярных маркеров, которые могут присутствовать в воздухе около водной поверхности. Выполнен сравнительный анализ экспериментальных, процессно-ориентированных и теоретических моделей данного процесса. Поскольку объем и качество экспериментальных данных существенно влияет на прогностическую точность моделей эвтрофикации, обзор сфокусирован на методах накопления этих данных, включая методы дистанционного и локального зондирования параметров водоемов. Среди последних рассмотрены методы лазерного газоанализа, позволяющие детектировать летучие маркеры эвтрофикации около водной поверхности. На основе анализа литературных данных сформирован список наиболее информативных летучих молекулярных маркеров эвтрофикации, эммитируемых водной поверхностью в атмосферу: углекислый газ (CO₂), сероводород (H₂S), метан (CH₄), оксид азота (N₂O), геосмин и 2-метилизоборнеол. Отмечается важность мониторинга производной формы фосфора - фосфина (PH₃) как индикатора фосфорного цикла и потенциального агента, приводящего к парниковому эффекту. Подчеркивается недостаточность существующей информации о его источниках и процессах, приводящих к его синтезу. На основании данных о квантовых спектральных переходах предложены рекомендации по регистрации PH₃ и других летучих маркеров эвтрофикации около границы «водная поверхность - атмосфера» методами инфракрасной газовой абсорбционной спектроскопии.

Исследование шлейфов ветровых турбин критически важно для оптимизации их размещения на территории ветропарка. Импульсные когерентные доплеровские лидары (ИКДЛ) являются наиболее эффективным инструментом для таких исследований. В настоящей работе предложен новый метод трехмерной визуализации скорости ветра внутри шлейфа по измерениям ИКДЛ. Численное моделирование показало, что метод позволяет оценивать дефицит скорости ветра с относительной погрешностью не более 4%. Натурный эксперимент с применением этого метода подтвердил наличие в поперечном сечении шлейфа структуры дефицита скорости ветра, близкой к кольцевому распределению. Эти результаты согласуются с данными численного моделирования, полученными методами LES и RANS. Представленный метод может применяться в экспериментальных исследованиях тонкой структуры шлейфа ветровой турбины.

Речные экосистемы являются одним из ключевых компонентов глобального углеродного цикла, осуществляя трансформацию, перенос и эмиссию углерода. Они обеспечивают движение органического вещества с континентов в океанические бассейны и активно обмениваются с атмосферой значительными объемами CO₂ и CH₄, внося существенный вклад в регуляцию климата Земли. В настоящей работе представлены результаты натурных измерений потоков парниковых газов (CH₄ и CO₂) на границе «вода - атмосфера» в береговой зоне р. Оби. Исследования проводились в летне-осенний период 2024 г. с использованием оригинального мобильного камерного комплекса, включающего плавучую камеру и портативный лазерный газоанализатор Picarro G4301. Расчет газовых потоков осуществлялся с помощью открытого программного пакета FluxCalR в среде RStudio. Показано, что речная экосистема в районе наблюдений является постоянным источником выделение метана в атмосферу с интенсивностью от 0,12 до 15,81 мг × м^-2 × ч^-1 (медианные значения). Для диоксида углерода зафиксирован переход от эмиссии в начале сезона (максимальная интенсивность до 217,31 мг × м^-2 × ч^-1 в июле) к стоку в августе - октябре. Полученные данные подчеркивают вклад речных систем, в частности сибирских рек, в региональный углеродный бюджет и могут использоваться для его учета в климатических моделях.

Моделирование загрязнения воздуха в горных регионах остается сложной задачей из-за особенностей рельефа, влияющих на атмосферные процессы, и неточностей данных об антропогенных выбросах. Представлены результаты моделирования загрязнения атмосферы монооксидом углерода (CO) в условиях сложного горного рельефа на примере г. Кисловодска с использованием мезомасштабной метеорологической модели WRF и химической транспортной модели CHIMERE. Полученные результаты валидированы по данным инструментальных измерений, проводимых на Высокогорной научной станции Института физики атмосферы им. А.Н. Обухова РАН. Показано, что уточнение данных эмиссий кадастра EMEP (European Monitoring and Evaluation Programme) с учетом локальных особенностей дорожной сети (плотности и типа дорог) и их суточной/недельной динамики позволяет приблизить пространственное распределение источников загрязнения к реальному распределению улично-дорожной сети региона, а также улучшить качество воспроизведения суточного хода концентраций CO. Проведенный эксперимент позволил количественно оценить вклад орографических факторов в общий уровень загрязнения. Установлено, что сложный рельеф региона усиливает неоднородность распределения приземных концентраций CO, обусловливая до 20-50% его пространственной изменчивости и создавая зоны накопления и рассеивания загрязняющих веществ. Статистический анализ демонстрирует удовлетворительное согласие результатов моделирования с данными наблюдений. Исследование подтверждает эффективность использования комплекса WRF-CHIMERE для мониторинга и анализа качества атмосферного воздуха в курортных регионах со сложным рельефом. Полученные результаты могут служить основой для проведения фундаментальных и прикладных научных исследований, направленных на изучение механизмов формирования периодов неблагоприятных экологических условий. Моделирование качества воздуха также поможет органам местного самоуправления в градостроительном планировании, оптимизации дорожной сети и развитии рекреационных зон с учетом рельефа, а также позволит усовершенствовать региональные системы экологического мониторинга.

Вредоносные цветения водорослей являются серьезной угрозой для экологии прибрежных вод, а их своевременное обнаружение - важная задача экологического мониторинга. Использование оптической спектрофлуориметрии может быть перспективным направлением развития в этой области. Представлены результаты исследования нормированных температурных кривых флуоресценции (НТКФ) как эталонных признаков опасных микроводорослей с целью подтвердить возможности их идентификации по родам. НТКФ были получены в лабораторных условиях с использованием монокультур микроводорослей. Спектры флуоресценции регистрировались при контролируемых параметрах среды и линейном нагреве образцов от 20 до 80 °C. Для верификации результатов применялся кластерный анализ с использованием метода главных компонент. Результаты исследований показали, что НТКФ демонстрируют устойчивые родоспецифичные паттерны, позволяющие различать род микроводорослей с точностью 90,91%. Метод главных компонент (три главные компоненты, объясняющие 94,22% дисперсии) позволил устранить ошибки кластеризации, вызванные мультиколлинеарностью исходных признаков. Наибольшая точность классификации (100%) достигнута для рода Heterosigma akashiwa , наименьшая (86,15%) - для Pseudo-nitzschia из-за внутриродового сходства НТКФ. В дальнейшем необходимо расширение каталога эталонов для повышения статистической значимости исследования. Полученные нами НТКФ монокультур могут быть использованы во время мониторинга вредоносного цветения водорослей с помощью оптических методов для выявления доминирующих родов микроводорослей в природных акваториях.

Изучение термобара приводит к пониманию механизмов перемешивания водных масс, от которых напрямую зависят насыщение воды кислородом и распределение биогенных элементов, необходимых для жизни планктона. Ограниченное количество математических моделей, позволяющих установить роль термобара в протекании гидробиологических процессов, а также слабая изученность этого явления в озерах Беларуси подчеркивают актуальность представленной работы. На основе математической модели термогидродинамических и гидробиологических процессов в пресноводном озере изучены эффекты теплового потока в период ранневесеннего развития планктона в оз. Долгое (Беларусь). Расчеты выполнены с заданием различных значений потока тепла, поступающего на поверхность водоема. Результаты моделирования показали следующее: с усилением инсоляции, которая способствовала интенсивному распространению проточных вод с низкой концентрацией органических веществ в озеро, концентрация планктона уменьшалась от поверхности до некоторой глубины, а ниже нее снова возрастала. Обнаружено, что в плесовой части водоема эти глубины для фито- и зоопланктона различаются (18 и 15 м соответственно). Полученные результаты могут быть использованы при оценке экологического состояния оз. Долгое, а также прогнозировании динамики планктонного сообщества, что приобретает особую значимость в связи с обитанием в нем реликтового вида зоопланктона Limnocalanus macrurus Sars, внесенного в Красную книгу Республики Беларусь.

Настоящая работа является продолжением исследования возможностей метода лазерной фрагментации/лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛФ/ЛИФ) для дистанционного обнаружения нитро- и фосфорорганических соединений (НС и ФОС). В статье обсуждается способ одновременного обнаружения поверхностных следов НС и ФОС. Экспериментально установлено, что длина волны 246,824 нм возбуждающего лазерного излучения, попадающая в область перекрывающихся вращательных линий γ(0, 2)- и γ(0, 0)-полос спектров поглощения молекул NO и PO, может быть использована для одновременного возбуждения флуоресценции фотофрагментов НС и ФОС. Для повышения помехозащищенности ЛФ/ЛИФ-метода предложена длина волны зондирующего лазерного излучения в диапазоне перекрытия γ(0, 2)- и γ(1, 1)-полос спектров поглощения NO- и PO-фрагментов, находящихся в возбужденных колебательных состояниях после фрагментации. Возникающие при этом интенсивные антистоксовы γ(0, 1)- и γ(1, 0)-полосы флуоресценции расположены в диапазоне 235-240 нм и не перекрываются со спектрами широкополосной стоксовой флуоресценцией материалов поверхностей-носителей следов НС и ФОС. Полученные результаты могут быть использованы при разработке универсальной системы одновременного обнаружения поверхностных следов взрывчатых и токсичных веществ с помощью метода ЛФ/ЛИФ.

Солнечно-индуцированная флуоресценция является показателем фотосинтетической активности растений, перспективным для мониторинга продуктивности экосистем в глобальном масштабе. Представлены оценки фотосинтетической активности основных фитоценозов юга Западной Сибири (луга, лиственные и светлохвойные леса, пахотные земли и болота) на основе спутниковых данных TROPOMI за 2018-2024 гг. С привлечением данных реанализа ERA5-Land и продуктов, полученных на основе измерений сенсорами MODIS и CERES, исследованы корреляционные связи солнечно-индуцированной флуоресценции с основными температурно-влажностными параметрами окружающей среды, вегетационными индексами и фотосинтетически активной радиацией, а также непосредственно между самими этими характеристиками (пространственное разрешение - 0,05°, временное разрешение - 1 мес.). Представленные результаты демонстрируют особенности этих взаимосвязей как для основных фитоценозов всего целевого региона, так и их широтную изменчивость для лугов и лиственных лесов.