Предложен метод акустического зондирования внешнего масштаба динамической турбулентности. При интерпретации данных зондирования использовался разработанный авторами адаптивный алгоритм. Работоспособность предложенного метода подтверждается сравнением полученных результатов с имеющимися в литературе данными.

Обобщены результаты научных исследований и разработок, выполненных в ИОМ СО РАН за 30-летний период, по развитию технических средств и технологий лазерного и акустического зондирования окружающей среды, перспективных с точки зрения дистанционности и оперативности при определении профилей аэрозольных загрязнений и метеорологических величин, а также мониторинга пространственно-временных вариаций их полей. Представлены созданные в Институте наземные, самолетные и космические лидары для зондирования атмосферы и подстилающей поверхности и технологии их применения и проектирования. Рассмотрены направления проводимых в Институте работ по акустическому зондированию атмосферного пограничного слоя и достижения по созданию новых технических средств и технологий для этих целей. Представлены результаты применения созданных технических средств и технологий акустического зондирования для мониторинга атмосферного пограничного слоя и распространения звука в нем.

Установлены статистические закономерности пространственно-временной динамики дисперсии трех компонентов скорости ветра в пограничном слое атмосферы по результатам измерений доплеровским мини-содаром. На протяжении 5-суточного периода измерений в осенний период с 12 оп 16 сентября 2003 г. значения дисперсии х- и у-компонентов скорости ветра лежали в интервале от 0.00й до 10м2/с2; для z-компонента от 0.001 до 1.2 м2/с2. Отмечался их рост в утренние часы (около 11:00 местного времени) и в вечернее время (с 18:00 до 22:00 местного времени), что объясняется началом прогрева и последующего охлаждением земной поверхности, которые сопровождаются усилением движения воздушных масс. В ночное время (с 00:00 до 5:00 местного времени) дисперсия z-компонента изменяется от 0.01 до 0.56 м2/сц, что хорошо согласуется с имеющимися в литературе данными. Найдены константы аппроксимации и оценены погрешности их использования, что позволяет описывать суточную динамику дисперсии скорости ветра.

Проведенные мини-содаром измерения профилей скорости ветра в слое 20-200 м показали на его большую эффективность в контроле тонкой структуры атмосферного пограничного слоя (АПС), выявления струйных течений и обнаружении сдвига ветра. Анализ результатов измерений высотных профилей вектора скорости ветра и его вертикального и горизонтального компонентов показал, что аналитические аппроксимации вертикального профиля горизонтальной скорости ветра возможны для нейтральной и неустойчивой стратификаций атмосферы. Довольно хорошо они описываются логарифмическим законом. Найдены константы аппроксимации и оценены погрешности их использования. Установленные физические закономерности п полученные константы для горизонтальной и вертикальной компонент скорости ветра позволяют описывать их почасовую дневную динамику и могут быть рекомендованы для использования в моделях АПС при проведении прогностических расчетов. Векторное представление позволяет визуализировать пространственно-временную динамику поля ветра в атмосферном пограничном слое, в частности оценить форму, размеры струйных течений и сдвига ветра в нем.

Обзор содержит наиболее значимые результаты работ российских ученых в области динамической метеорологии, выполненных в 2011-2014 гг. Он является частью Национального отчета России по метеорологии и атмосферным наукам, подготовленного для Международной ассоциации по метеорологии и атмосферным наукам (IAMAS). Отчет был рассмотрен и одобрена на XXVI Генеральной ассамблее Международного союза геодезии и геофизики (IUGG). К обзору прилагается список основных публикаций российских ученых по динамической метеорологии за 2011-2014 гг.

Рассмотрены особенности дальнометрирования космическим лидаров "Балкан" океанической поверхности в двух режимах полетной ориентации орбитальной станции "Мир", которые использовались при проведении сеансов лазерного зондирования. Проанализированы закономерности и случайные флуктуации изменения ориентации оптической оси лидара в этих сеансах. Приведена оценка возможных причин систематических расхождений между расчетными баллистическими данными и результатами измеренных значений наклонной дальности в обоих режимах полета станции.

В настоящем сборнике представлены работы, в которых рассматриваются вопросы разработки лазерных локаторов для зондирования атмосферы и их отдельных узлов. Большое внимание уделено вопросам оптимального приема и регистрации лидарных сигналов, а также системам автоматизированной обработки результатов измерений.Здесь же рассматривается широкий круг вопросов, связанных с разработкой и исследованием акустических и радиоакустических методов зондирования параметров атмосферы - турбулентности, скорости ветра, температуры и т. д. Приведены описания локационных систем и систем обработки сигналов.Сборник предназначен для специалистов по геофизике, метеорологии, а также для специалистов, разрабатывающих и применяющих средства и методы лазерной и акустической техники для исследования атмосферы.

На основе экспериментальных данных спутника Envisat исследована территориальная распространенность водяного пара для различных природно-климатических зон юга западной Сибири в летние сезоны 2008-2011 гг. Анализ коррелированности временных рядов содержания водяного пара в атмосфере по данным спутника Envisat W и радиозондовых наблюдений w для территории аэрологической станции г. Омске показал, что абсолютные величины W и w линейно связаны между собой. Коэффициент корреляции равен 0.77 (уровень значимости р = 0.05). Рассчитаны функции распределения количества водяного пара по числу случаев его измерений со спутника Envisat для безоблачного неба для трех зон с разными физическими параметрами подстилающей поверхности: степной, Большого Васюганского болот (БВБ) и лесной зоны. Функции распределения носят бимодальный характер, причем каждя отдельная мода подчиняется нормальной логарифмическому закону. Приведены параметры этих распределений.

В сборнике представлены тексты докладов, отражающих результаты исследований по методам лазерного зондирования и дистанционному определению параметров атмосферы. Особое внимание уделяется изучению пространственно-временной изменчивости оптических и микрофизических характеристик атмосферного аэрозоля. Представлены также материалы по лазерным методам определения газового состава атмосферы на основе явления молекулярного поглощения. Публикуемые в сборнике доклады дают достаточно полное представление о современном состоянии и возможностях дистанционного мониторинга атмосферы средствами лазерного зондирования, осуществляемого в целях прогноза оптического состояния атмосферы и контроля загрязнений окружающей среды.Сборник предназначен для специалистов по лазерному и акустическому зондированию атмосферы, атмосферной оптике, атмосферной акустике, квантовой электронике и метеорологии и физике атмосферы.

В сборнике публикуются тексты докладов, посвященные изучению атмосферной турбулентности, полей влажности, температуры и скорости ветра средствами лазерного и акустического зондирования. Особое внимание уделяется разработке элементов и систем оптического и акустического зондирования атмосферы, а также вопросам автоматизированной обработки данных.Сборник предназначен для специалистов по лазерному и акустическому зондированию атмосферы, атмосферной оптике, атмосферой акустике. квантовой электронике и метеорологии и физике атмосферы.

Книга является сборником избранных трудов Международной конференции "ТУРБУЛЕНТНОСТЬ, ДИНАМИКА АТМОСФЕРЫ И КЛИМАТА", посвященной памяти академика А. М. Обухова (1918-1989). Конференция была посвящена одному из самых актуальных направлений в науках о Земле, а именно - исследованиям в области физики атмосферы, климата и окружающей среды, и проходила в г. Москве с 13-го по 16-ое мая 2013 г. Организаторами конференции выступили Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН, Отделение наук о Земле РАН, HAAB/ В соответствии с программой Конференции книга делится на 6 секций: "Турбулентность", "Геофизическая гидродинамика", "динамика атмосферы и климатической системы", "Физика и состав атмосферы", "Взаимодействие атмосферы и океана", "Распространение волн", Статьи, написанные на основе пленарных докладов, сделанных ведущими российскими учеными, в их числе прямыми учениками А. М. Обухова, как правило, открывают каждую секцию книги. Книга дает прекрасное представление о современном состоянии науки об атмосфере и тенденциях ее развития. Она будет полезна широкому кругу читателей: специалистам, работающим в данной области знания, аспирантам и студентам, изучающим науки о Земле.

Тезисы, представленные в сборнике, отражают полученные в СССР в последние годы результаты исследования атмосферы методами лазерного зондирования. Основную часть сборника составляют работы, посвященные атмосферному аэрозолю. В них рассмотрены вопросы теории и приведены результаты исследования оптических и микрофизических параметров аэрозоля. Значительная часть тезисов посвящена использованию спектроскопических нелинейных эффектов при лазерном зондировании атмосферы. Здесь следует отметить ряд принципиально новых результатов, полученных при исследовании газовой компоненты атмосферы.Сборник рассчитан на специалистов по атмосферной оптике, физической метеорологии и смежных специальностей.

Представлены результаты математического моделирования и прогнозирования динамики полей термокарстовых озер на территории многолетней мерзлоты Западной Сибири до конца нынешнего столетия. Описана геоимитационно-регрессионная модель динамики термокарстово-озерных полей, свойства которой определены на основе статистического распределения координат местоположения и площадей озер, полученных экспериментальным путем с использованием разновременных космических снимков Landsat за период 1973-2009 гг. В модели учтена взаимосвязь термокарстово-озерных и климатических изменений, установленная на основе многомерного регрессионного анализа экспериментальных данных. Прогнозирование динамики полей термокарстовых озер в зоне мерзлоты Западной Сибири осуществлено с помощью компьютерных экспериментов на модели с учетом известных прогнозов изменения среднегодовой температуры для исследуемой территории. Показано, что повышение температуры будет сопровождаться сокращением площади термокарстовых озер в зоне мерзлоты Западной Сибири.

Тематика симпозиума охватывает следующие направления фундаментальных исследований. Молекулярная спектроскопия атмосферных газов. Поглощение радиации в атмосфере и океане. Радиационные процессы и проблемы климата. Модели и базы данных для задач оптики и физики атмосферы. Распространение волн в случайно-неоднородных средах. Адаптивная оптика. Нелинейные эффекты при распространении волн в атмосфере и водных средах. Многократное рассеяние в оптическом зондировании. Перенос и обработка изображений. Прикладные вопросы применения лазеров. Оптические и микрофизические свойства атмосферного аэрозоля. Лазерное и акустическое зондирование атмосферы и океана. Диагностика состояния и функционирования растительных биосистем и биологических объектов. Структура и динамика приземной и средней атмосферы. Климат Азиатского региона. Физические процессы и явления в термосфере и ионосфере Земли. Сборник представляет интерес для специалистов в области физики, оптики атмосферы и океана, радиофизики, акустики, метеорологии и экологии.

Предложен метод измерения вертикальных профилей метеопараметров с помощью портативной автоматической электронной метеостанции, установленной на беспилотном летательном аппарате (ПЭМС-БПЛА). Дано описание аппаратуры, приведены результаты полевых испытаний. рассмотрены перспективы развития ПЭМС-БПЛА.

В учебном пособии рассмотрены природа и характеристики атмосферного электричества, его взаимосвязь с оптическими явлениями и атмосферным аэрозолем. Представлены основные механизмы взаимодействия электромагнитного излучения оптического диапазона с дисперсной средой. Обобщены результаты экспериментов, в которых изучались электрооптические явления при распространении оптического излучения в аэрозольной атмосфере, электрооптические явления, обусловленные сильными электрическими полями, включая разряды в средней атмосфере, а также опосредованное воздействие атмосферного электричества на жесткое УФИ. Рассмотрены возможности зондирования электрических параметров атмосферы на их основе.Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениями подготовки бакалавров и магистров "Оптотехника", "Лазерная техника и лазерные технологии", а также по специальности "Электронные и оптико-электронные приборы и системы специального назначения". Представляет интерес для аспирантов, молодых ученых и специалистов, заинтересованных в глубоком понимании оптических и электрических явлений в атмосфере.

В течение последних нескольких десятилетий наблюдается смещение к полюсу таких элементов общей циркуляции атмосферы, как ячейка Гадлея и штормтреки. На основе результатов численного моделирования динамики климата с использованием идеализированной модели климатической системы показано, что тенденция к смещению штормтреков Северного полушария в условиях потепления климата (по сценарию RCP-8.5) к полюсам будет продолжаться. Обсуждаются также другие особенности динамики общей циркуляции в условиях меняющегося климата, обнаруженные в ходе численного эксперимента.

Рассмотрены вопросы распространения звуковых волн над земной поверхностью Даны формулы для расчета ослабления звука, вызванного наличием подстилающей поверхности. Приведены различные модели импеданса подстилающей поверхности. Показаны результаты теоретических расчетов ослабления звука при его распространении над различными типами подстилающих поверхностей. Проанализировано влияние геометрии распространения звука на его характеристики.

В сборнике представлены тезисы докладов, в которых рассматриваются теоретические и экспериментальные аспекты изучения аэрозольной и облачной атмосферы средствами лазерного зондирования. Основная группа работ посвящена методическим вопросам лазерного зондирования. Значительное место занимают результаты экспериментальных исследований оптических и микрофизических параметров аэрозоля в различных геофизических и метеорологических условиях. Расширился круг исследований верхней атмосферы. Часть тезисов касается вопросов создания новых алгоритмов интерпретации и повышения информативности измерений.Сборник рассчитан на специалистов в области физической метеорологии, атмосферной оптики, квантовой электроники и других смежных специальностей.

В результате статистического анализа накопленных в мировой сети инструментальных данных выявлены закономерности наблюдаемых климатических и экосистемных изменений в Сибирском регионе. Показано, что потепление в Сибири за последний климатический (30-летний) период характеризуется неоднородной субрегиональной структурой с мезомасштабными очагами ускоренных темпов потепления до 0,5С/10 лет. Тренды приземного атмосферного давления за тот же период имеют менее контрастную субрегиональную структуру с уменьшением среднегодового давления до 0,2-0,4 Гпа/10 лет.Во временной изменчивости климатических параметров за прошедшее столетие по результатам вейвлет-анализа выделены масштабы периодичностей в 10-12 и в 30-50 лет. По вейвлет-спектрам для приземной температуры Западной Сибири и индекса Северо-Атлантического колебания выявлена их корреляционная связь в 1940-1990 гг. с временным сдвигом до семи лет в отдельные годы. Этот климатический феномен объясняется возможными инерционными механизмами океанического переноса тепла.По результатам анализа наземных и аэрокосмических инструментальных наблюдений обсуждаются климатические эффекты сибирских болот (на примере Большого Васюганского болота).

Исследованы вариации градиента потенциала приземного электрического поля в приземном слое атмосферы во время прохождения кучево-дождевых облаков (Cumulonimbus, Cb). Всего рассмотрено более 450 случаев. Предложена методика выделения структурных элементов вариаций градиента потенциала. обусловленных прохождением Cb, и проведена формализация вариаций, в ходе которой выявлены основные типы изменения градиента потенциала электрического поля. Для каждого из выделенных типов вариаций определены параметры, характеризующие вариации градиента потенциала в целом и его структурных элементов. Найдены связи между характерными особенностями выявленных типов вариаций градиента потенциала и Cb-различного происхождения, находящихся на разных этапах своего развития.

В сборнике широко представлены тексты докладов, отражающие результаты теоретических и экспериментальных исследований параметров атмосферы оптическими методами. Большое внимание уделено изучению атмосферного аэрозоля с помощью поляризационных, многоволновых лидаров, а также с применением нелинейных эффектов, возникающих при распространении в атмосфере мощного лазерного излучения.Освещены вопросы газоанализа атмосферы и определения микроструктурных характеристик из оптических измерений.Наряду с наземными исследованиями атмосферы значительное место в сборнике занимают материалы по зондированию атмосферы и подстилающей поверхности с летательных аппаратов, в том числе и из космоса.Книга рассчитана на специалистов, работающих в области атмосферной оптики, оптической локации, метеорологии и квантовой электроники.

Описаны два варианта мощных акустических излучателей на основе антенных решеток. Максимальный уровень достигаемого звукового давления в слышимом диапазоне частот составляет 145 и 155 дБ/1м. Излучатели могут быть использованы в научных экспериментах и для передачи звука на расстояния 1-1,5 км.

Техногенное геохимическое преобразование атмосферного воздуха урбанизированных территорий - один их актуальных вопросов современной экологии. Наиболее чутким, доступным и достоверным индикатором уровня загрязнения атмосферного воздуха и площади распространения потоков загрязняющих веществ в условиях города является снеговой покров.

В статье рассматривается такое базовое понятие как лесовозобновительный период на примере сплошных вырубок с предварительным и последующим возобновлением целевых пород в южной подзоне тайги Томской области. Приводится обзор источников по тематике и их аналитический разбор. Обосновывается и дается определение термина и его суть. Показывается необходимость нормативного закрепления понятия в действующем лесном законодательстве.

Излучение и поглощение линии ртути 253,652 нм широко используется при решении многих задач спектроскопии, фотохимии, аналитики, магнитометрии, а также в других областях науки и техники. Своеобразные физико-химические свойства ртути и потребность в определении ее микроконцентраций (вплоть до фоновых значений) привели к выделению ртутных анализаторов в самостоятельный класс аналитических приборов. В работе систематизированы характеристики линии, которые необходимо учитывать в прикладных исследованиях (ширина контура, столкновительное уширение и сдвиг, зеемановское расщепление, изотопическая и сверхтонкая структура). Сведении, имеющиеся в литературе, дополнены результатами оригинальных исследований авторов.

Разработаны стационарные газоанализаторы для непрерывного измерения содержания окислов азота и серы в дымовых газах теплоэлектростанций, сжигающих природный газ, уголь и мазут. Работа газоанализаторов основана на использовании метода дифференциального поглощения в УФ-области спектра без применения лазерных источников света. Эксплуатация газоанализаторов на российских теплоэлектростанциях показала их высокую чувствительность, надежность и простоту обслуживания при невысокой стоимости по сравнению с зарубежными приборами аналогичного класса.

Лесоболотные экотоны, отражающие тенденции процесса заболачивания, рассматриваются как части ландшафтной структуры территории. Закономерности трансформации компонентов экотонов есть и следствие пространственного взаимодействия лесных и болотных систем. и условие их воспроизводства. Это "глобальное" свойство экотонов - воспроизводство в строении функциональных связей и отношений - позволяет провести их типизацию и использовать совместно с болотными критериями для экологического прогноза интенсивности заболачивания конкретных территорий.

В учебном пособии излагается теория рассеяния оптических волн отдельными частицами и основные закономерности рассеяния, которые следуют из результатов физических и численных экспериментов. Рассматриваются теория однократного и многократного рассеяния оптических волн системой частиц и основные закономерности переноса излучения. Наряду с традиционными вопросами переноса излучения (оптической энергии) обобщаются результаты исследований по переносу оптического изображения, оптической локации и флуктуациям поля и интенсивности. Приводятся сведения об основных свойствах атмосферного аэрозоля, его источниках и процессах, обуславливающих изменение микрофизических характеристик. Подробно рассматриваются вопросы распространения оптического излучения в атмосферном аэрозоле. При этом в сжатой форме излагаются результаты исследований по рассеянию оптических волн несферическими, неоднородными, анизотропными частицами. Обобщаются результаты по таким современным разделам оптики дисперсных сред, как оптика спеклов, электрооптические эффекты при аэрозольном рассеянии, учет рассеянного аэрозолем солнечного излучения при аэрокосмических наблюдениях. Учебное пособие предназначено для студентов (бакалавров и магистров) и аспирантов физических факультетов, заинтересованных в глубоком понимании оптических и электрических явлений в атмосфере. Представляет интерес также для преподавателей специальных дисциплин по направлению «Оптотехника» и молодых специалистов, занимающихся разработкой или использованием оптических методов для изучения атмосферы, океанов и диугих рассеивающих сред.

Приведены краткие сведения и технические характеристики приборов, устройств. систем и комплексов. которые создавались в ИОМ СО РАН в течение 30 лет для исследования оптико-метеорологических параметров атмосферы и могут быть использованы в задачах экологического и метеорологического мониторинга окружающей среды. Рассмотрены проблемы. связанные с метрологическим обеспечением создаваемых приборов и методик выполнения измерений.

Обсуждаются новые методы и некоторые результаты анализа природно-климатических изменений в Сибири по данным наблюдений на гидрометеорологической сети. На основании закономерностей, выявленных за период инструментально наблюдаемых региональных изменений, названных современными, анализируются задачи по развитию методологии и техники мониторинга природно-климатических систем и процессов, определяющих эволюцию их состояний. оцениваются итоги научно-исследовательских и конструкторско-технологических работ Института оптического мониторинга СО РАН с позиций его основного научного направления.