Статья: ДОЛГОВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ АТМОСФЕРНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ НАД СИБИРЬЮ (2020)

Изучены характеристики грозового кучево-дождевого облака, из которого возник водяной смерч над Ладожским озером. Для исследования использованы результаты измерений метеорологического радиолокатора C-диапазона, грозопеленгационной системы и результаты высотного радиозондирования атмосферы. Анализ индексов конвективной неустойчивости показал малую и умеренную вероятность развития мощных конвективных процессов. Впервые применены алгоритмы классификации гидрометеоров и определения восходящих потоков по данным поляризационных характеристик, полученных радиолокатором ДМРЛ-С. С их помощью обнаружено появление крупных ледяных частиц в начале грозовой активности в облаке и зафиксирован протяженный восходящий воздушный поток, связанный со смерчем. Анализ зависимостей частоты молний от различных радиолокационных характеристик показал, что наиболее тесная корреляционная связь наблюдается с количеством крупных ледяных частиц, характеризуемым объемом переохлажденной части облака (выше изотермы 0 °C) с отражаемостью более 50 дБZ.

Разработана низкотемпературная вакуумная кювета длиной 17,5 см со сменными окнами из кварца, ZnSe и KBr для работы с Фурье-спектрометром высокого разрешения Bruker IFS 125M, обеспечивающая пороговую чувствительность к поглощению порядка 10-6 см-1. Кювета позволяет регистрировать спектры поглощения газов в области 1000-20000 см-1 в диапазоне температур от 108 до 298 К с погрешностью контроля температуры ± 0,1 К. В ходе испытаний кюветы Фурье-спектрометром IFS 125M зарегистрированы спектры поглощения 12CH4 в интервале от 9000 до 9200 см-1 со спектральным разрешением 0,03 см-1 при давлении 300 мбар и температурах 298 и 108 К. Эмпирические значения уровней энергии нижнего состояния переходов получены из отношений интенсивностей линий, измеренных при разных температурах.

Проанализирована сезонная и долговременная изменчивость параметров энергетического баланса климатической системы Земли: альбедо и солнечной облученности. Показано, что параметрический резонанс климатической системы Земли с долгопериодными приливными колебаниями, а также деформации фотосферы Солнца под влиянием планет-гигантов и малые флуктуации солнечной постоянной могут привести к долговременным изменениям глобальной температуры, наблюдаемым с середины XIX в. Исследованы и физически обоснованы периоды медленных колебаний, приводящие к таким изменениям. Показано, что колебательная модель долговременных изменений глобальной температуры существенно эффективней трендовой, а также что случайные колебания, более чем на порядок уступающие наблюдаемым в эксперименте, с большой вероятностью могут сформировать кажущийся (диффузионный) тренд глобальной температуры, не уступающий предполагаемому в рамках антропогенной версии так называемого глобального потепления.

Работа посвящена принципу построения моделей оптических параметров вулканических облаков для применения в задачах дистанционного зондирования Земли из космоса. Построение моделей осуществлялось для широкого спектра различных вариаций магматических пород и их сочетаний с каплями воды, кристаллами льда и каплями водного раствора серной кислоты. В ходе работы рассмотрены следующие вопросы: принцип взаимодействия электромагнитного излучения с аэрозольными компонентами вулканического облака; смешивание аэрозольных компонентов вулканического облака между собой; использование оптических параметров для моделирования интенсивности излучения на верхней границе атмосферы. Установлено, что выбор модели напрямую влияет на результат получения массовых и микрофизических характеристик вулканического пепла.

По данным многолетних наблюдений на сети станций «МосЭкоМониторинг» рассчитаны эмиссии CO, NO, NO2, SO2, PM10 от городских источников, их пространственное распределение и временная изменчивость. Полученная эмиссионная матрица использована в химико-транспортной модели SILAM для оценки качества воздуха в Московском мегаполисе. По результатам сравнения расчетов с данными наблюдений, проведенных с применением корреляционных соотношений и критерия Стьюдента, выполнена коррекция эмиссионной матрицы. Для оптимизации пространственного распределения источников и величины эмиссий в Московском мегаполисе проведены вычисления полей примесей для летнего и зимнего месяцев по химико-транспортным моделям SILAM и COSMO-ART с использованием как рассчитанных, так и взятых из базы данных инвентаризации TNO эмиссий. Сопоставление результатов этих расчетов позволило снизить неопределенности оценки качества воздуха в Московском регионе.

На основе данных измерений биооптических свойств вод оз. Иссык-Кульский комплекс пассивного дистанционного зондирования для экологических Диптихов морских акваторий (ЭММА) с борта судна, а также измерения на пробах воды созданы и апробированы методики определения состава олиготрофных вод. Это третья часть метода дистанционного измерения концентраций основных морских и озерных вод с использованием аспекта легкой морской воды, разработанного нами ранее для мезотрофных и эвтрофных вод. С помощью этой методики были получены результаты концентрации пигментов фитопланктона, окрашенного органического вещества, взвеси и распределения их в акватории озера в течение трехдневного эксперимента в июле 2018 г.

Реконструкция волнового фронта оптического излучения, искаженного турбулентностью, выполняется на основе метода Гартмана аппроксимацией волновой функции полиномами Цернике по оценкам локальных наклонов и анализируется для высокоинтенсивных турбулентных искажений. С опорой на результаты статистического анализа информации о фазовых искажениях излучения по гартманограмме, сформированной в плоскости приемного устройства, представлен способ, позволяющий уменьшить остаточную ошибку реконструкции, обусловленную наличием высокоинтенсивных фазовых флуктуаций в распределении волнового фронта.

Сформулированы условия принадлежности функций к классу структурных для стационарных случайных процессов. В пространственной области это соответствует однородному и изотропному скалярному полю. Показано, что степенная функция является структурной лишь при показателе степени не больше единицы. Также показаны связь спектральных плотностей стационарных и случайных процессов со стационарными приращениями и осциллирующий характер поведения спектральной плотности стационарных процессов. Получены аналитические выражения для их описания с анализом точностных характеристик, рекомендованные для широкого практического использования.

Изучается зависимость изотропной поляризуемости α молекулы Н2О от переменной θ, описывающей изгибное колебание большой амплитуды в молекуле. Функция α(θ) выбрана в виде степенного ряда. Коэффициенты ряда подбирались из условия, чтобы матричные элементы <ψn|α(θ)|ψn> в базисе ангармонических волновых функций ψn(θ) совпадали со значениями поляризуемости α(n), найденными при анализе сдвигов линий поглощения молекулы в колебательных полосах n × ν2( n = 1-6) давлением азота, кислорода, воздуха и аргона. Для численного расчета волновых функций ψn (θ) использовалась потенциальная функция с низким барьером к линейной конфигурации молекулы. Проведен численный расчет вращательных вкладов в эффективную поляризуемость молекулы и дано сравнение полученного представления α(θ) с ab initio расчетами.

Представлены результаты измерений концентрации молекул Н2 в нанопорах образца аэрогеля (SiO2) диаметром ~20 нм, выполненных по стандартной газометрической методике. На основе полученных данных о концентрации молекул в объеме нанопор и об интегральной интенсивности индуцированной столкновениями полосы поглощения Н2 0-1 сделаны оценки сечения поглощения в максимуме полосы.