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.

В монографии на базе исследований авторов впервые дается последовательное изложение теории и методов доплеровского лидарного ветрового зондирования атмосферы и обобщаются результаты экспериментальных исследований ветровой турбулентности и вихревых структур с использованием когерентных доплеровских лидаров (КДЛ). Рассматривается вся совокупность факторов, определяющих функционирование КДЛ в турбулентной атмосфере, начиная от формирования когерентно детектируемого эхосигнала лидара до точности и границ применимости разработанных авторами методов оценивания ветра и параметров турбулентности и вихрей из лидарных данных. Представлены методы оценивания ветра, параметров атмосферной турбулентности и самолетных вихрей верифицированы в многочисленных компьютерных и атмосферных экспериментах и формируют современную научную технологию обработки данных когерентных ветровых лидаров. На основе многочисленных экспериментов проводится анализ эффективности использования КДЛ для изучения динамических процессов в атмосфере, турбулентности пограничного слоя атмосферы и эволюции самолетных вихрей под воздействием различных факторов. Для специалистов по лазерному зондированию атмосферы, атмосферной турбулентности, авиабезопасности, ветровым лидарам, распространению оптических волн в атмосфере, студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

В монографии изложены основы теории систем в оптике рассеивающих сред. Обсуждаются вопросы применения приближенных методов решения уравнения переноса излучения и метода Монте-Карло для описания каналов с рассеянием в оптико-электронных комплексах лазерного зондирования, локации, связи и в системах видения. Рассмотрены основные закономерности переноса одномерных и двумерных (изображения) оптических сигналов через однородные, стратифицированные, детерминированные и случайно-неоднородные атмосферно-оптические каналы. Особое внимание уделено исследованию влияния микрофизических свойств дисперсных сред на характеристики каналов с рассеянием. В рамках малоуглового приближения теории переноса рассмотрены вопросы оптической диагностики дисперсного состава и пространственной структуры рассеивающих сред. Для научных сотрудников, аспирантов, инженеров, студентов по специальностям "оптика рассеивающих сред", "разработка оптико-электронных комплексов".

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.

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.

В работе показана возможность использования телеметрии малоразмерных БПЛА для контроля над состоянием атмосферной турбулентности. Спектр турбулентности определялся из данных углов крена, тангажа и рысканья квадрокоптера DJI Mavic Mini и сравнивался с результатами измерений автономного метеорологического комплекса АМК-03. Измерения осуществлялись на Базовом экспериментальном комплексе ИОА им. В.Е. Зуева СО РАН ( БЭК ) 24 июля и 12 августа 2020 г., поверхность территории которого близка к ровной и однородной. Установлено, что спектры турбулентности, полученные с помощью АМК-03 и DJI Mavic Mini, в целом совпадают, а незначительные различия наблюдаются в высокочастотной области спектра, начиная с f~ 1 Hz. Для данных, полученных в июле, спектры турбулентности в инерционном диапазоне подчиняются закону " пяти третей", а отношения измеренных спектров турбулентности поперечной и продольной компонент скорости соответствуют изотропной турбулентности Колмогорова- Обухова. В случае измерений, выполненных в августе, наблюдалось незначительное отклонение от закона " пяти третей", что фиксировалось как на основании измерений, полученных с помощью АМК-03, так и DJI Mavic Mini. Для оценки продольных и поперечных масштабов турбулентности применялся метод наименьших квадратов, в качестве кривой регрессии использовалась модель Кармана. Масштабы турбулентности, рассчитанные по июльским и августовским данным АМК-03 и DJI Mavic Mini, совпадают, также с хорошей точностью выполняется условие, которое описывает связь между продольными и поперечными масштабами в изотропной атмосфере.

Получены оценки пространственно-временной изменчивости климатических характеристик на территории Западной Сибири за 1976-2014 гг. Установлено влияние на эту изменчивость параметров циркуляции атмосферы, таких как составляющие скорости ветра, относительная завихренность, индексы крупномасштабной циркуляции. Выявлено, что в зимние месяцы процесс потепления сменился процессом похолодания, что связано, в первую очередь, с изменением процессов атмосферной циркуляции, описываемых индексом SCAND.

В сборнике представлены работы. в которых рассматриваются вопросы создания и практического применения аппаратуры для изучения оптико-метеорологического состояния атмосферы. несколько статей посвящено методическим вопросам проектирования и контроля оптических. оптико-электронных и лазерных устройств. Описаны приборы для изучения свойств аэрозоля нефелометрическим и лидарным методами. для контроля газового состава воздуха и измерения турбулентных характеристик атмосферы по угловым смещениям лазерных пучков. Серия статей содержит описание приборов, предназначенных для комплексного исследования атмосферы с борта самолета.Сборник рассчитан на специалистов. занимающихся разработкой оптико-электронных и лазерных приборов для атмосферно-физических исследований, а также специалистов по оптике атмосферы, метеорологии и геофизике.

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.

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.

Прогресс в создании мощных лазеров и перспективы их широкого использования в геофизике, метеорологии и атмосферной оптике потребовали исследований распространения лазерного излучения в турбулентной атмосфере и теплового самовзаимодействия мощных лазерных пучков. Именно этой важной в научном и практическом отношениях проблеме посвящена предлагаемая книга, написанная американскими и советскими авторами.Для специалистов по распространению электромагнитного излучения в атмосфере, атмосферной оптике, геофизиков, метеорологов, а также разработчиков лазерных систем.

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.

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.

В данной работе за временной интервал 1976- 2016 гг. проведен анализ межгодовой изменчивости среднесезонных значений температуры воздуха, скорости ветра, количества атмосферных осадков и их экстремумов для Западной Сибири отдельно для севера и юга территории, а также для Томской области. Исследование проводилось по данным наблюдений на метеорологических станциях (NOAA и ВНИИГМИ-МЦД ). Кроме того, привлекался реанализ ERA Interim По данным инструментальных наблюдений установлено, что в начале ХХI века в весенне-летний период потепление наблюдалось на всей территории Западной Сибири, а зимой на юге региона ( в том числе и в Томской области) отчетливо проявляется похолодание, тогда как в северной его части температура стабильно росла. Временной ход среднегодовых величин количества осадков подобен ходу температуры воздуха, а скорость ветра уменьшалась во все сезоны. Анализ временного хода экстремальных оценок температуры воздуха также показал, что на юге Западной Сибири в зимние месяцы наблюдается похолодание. Кроме того, зимой происходило увеличение положительных экстремальных значений количества осадков и скорости приземного ветра. Летом, напротив, появляется вероятность возникновения засушливых периодов, поскольку наблюдается рост отрицательных экстремальных значений количества осадков. Эта тенденция особенно выражена на юге Западной Сибири, а также в Томской области. Сравнение среднесезонных оценок температуры и количества осадков по данным наблюдений и реанализа показало высокую степень их подобия. При этом наименьшее сходство характерно для оценок скорости ветра, особенно на севере Западной Сибири. Получено, что в начале ХХI века в Западной Сибири увеличивается экстремальность климата, которая характеризуется как ростом числа дней с опасным явлением, так и усилением экстремумов исследуемых климатических величин. Это создает предпосылки для перехода экстремальных климатических событий в разряд опасных метеорологических явлений.

Рассмотрены особенности ослабления стратосферного полярного вихря, предшествующие его разрушению. Для анализа аномальной динамики полярных вихрей использовался метод оценки основных параметров вихря при оконтуривании его границ с помощью значений геопотенциала, определенных по максимальному градиенту температуры и максимальной скорости ветра по данным реанализа ERAS5. Показано , что критерии аномального ослабления полярного вихря, предшествующего его разрушению- это сокращение площади вихря до значений меньше 10 млн км кв. и последующее уменьшение средней скорости ветра по границе вихря до значений меньше 30 и 45 м/с в нижней и средней стратосфере соответственно. В этом случае полярный вихрь становится небольшим циклоном ( характеризующимся высокими температурами и отсутствием динамического барьера) и разрушается в пределах трех недель.

Полярные стратосферные облака ( ПСО) играют значительную роль в формировании полярных озоновых аномалий, выступая в качестве " поверхностей " для гетерогенных реакций, протекающих с высвобождением фотохимически активного молекулярного хлора в период с конца зимы по начало весны. Кроме того, в течение зимы на частицах ПСО происходит накопление " резурвуаров" хлора, реагентов гетерогенных реакций. В случае разрушения частиц ПСО в середине зимы, процесс накопления соединений хлора прерывается, и в период с конца зимы по весну не наблюдается разрушения озона даже в условиях сильного полярного вихря, в присутствии вновь сформировавшихся ПСО. В работе с использованием метода оконтуривания вихрей исследована динамика арктического полярного вихря зимой 1984/1985, 1998/1999, 2001/2002, 2012/2013 и 2018/2019 гг., как причины аномально длительного отсутствия ПСО в Арктике в середине зимы, когда в январе они существовали в течение не более 5 дней по данным спутниковых наблюдений. Разрушение частиц ПСО в исследуемые годы наблюдалось при ослаблении динамического барьера полярного вихря, вследствие локального уменьшения скорости ветра по границе вихря ниже 20 м/с в нижней стратосфере, которое регистрировалось на протяжении практически всего января. Описанные в работе случаи являются единственными примерами аномального ослабления арктического полярного вихря в середине зимы за период с 1979 по 2022 г.

Рассмотрены вопросы метрологического обеспечения при изготовлении и эксплуатации ультразвуковых термоанемометров (УЗТА) для измерения метеорологических величин в атмосферном пограничном слое. Представлены необходимые виды испытаний УЗТА: в аэродинамической трубе, в камере нулевого ветра, климатической камере, барокамере. Приведены параметры аэродинамической трубы АДС-60, созданной в ИМКЭС СО РАН. АДС-60 предназначена для проведения испытаний УЗТА на соответствие требованиям Росгидромета по скорости ветра. Представлено описание разработанного портативного комплекта для поверки технических параметров УЗТА в полевых условиях.

В сборнике содержатся результаты теоретических и экспериментальных исследований по современным проблемам изменения климата и прогноза погоды, атмосферной диффузии и мониторинга состояния атмосферы, климатологии, дистанционного зондирования атмосферы. Сборник рассчитан на широкий круг научных работников и инженеров, интересующихся результатами современных исследований в области метеорологии и их практическим использованием.