Главная
Архивные документы
Исследования КСЭ Лирика
Вернуться
172
173
174
175
176
177
178
179
184
189
190
206
Каталог
В.Г.Фаст. К выявлению полей видимости мезосферных облаков математическим методом. Статья. Отдельный оттиск
Карта сайта Версия для печати
Тунгусский феномен » Архивные документы » Фонд Фаста В.Г. » Фонд №Р-2026 » 174

Комиссия по мезосферным облакам междуведомственного геофизического комитета при Президиуме АН СССР

Институт оптики атмосферы СО АН СССР

Томский государственный университет им. В. В. Куйбышева

 

ФИЗИКА МЕЗОСФЕРНЫХ ОБЛАКОВ

 

Тезисы регионального совещания по физике мезосферных облаков

ИЗДАТЕЛЬСТВО ТОМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

 

Томск—1971

 

 

ПЕРЕНОС СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В МЕЗОСФЕРНЫХ ОБЛАКАХ

О. А. АВАСТЕ (Институт физики и астрономии АН ЭССР)

Рассматриваются средние интенсивности и потоки в мезосферных облаках. Оптическая толщина сфериче­ского слоя облаков задается как случайная функция. По заданному закону распределения оптических тол­щин вычисляются характеристики радиационного поля в зависимости от угла визирования, зенитного угла Солнца и масштаба усреднения. Показано, что при ста­тистических неоднородностях в оптической толщине си­стема рассеивает меньше радиации, чем система, где оп­тическая толщина является статистической средней. Анализируется эффект осреднения при различных рас­стояниях приемника от слоя облачности в зависимости от апертурного угла приемника.

ПРЕДЕЛЬНЫЕ ОЦЕНКИ СОДЕРЖАНИЯ ВОДЯНОГО ПАРА В МЕЗОСФЕРЕ

С. Д. АНДРЕЕВ, В. Н. КОНАШЕНОК (Ленинградский госуниверситет)

На основе анализа экспериментальных данных о ко­личестве водородосодержащих соединений в страто­сфере, мезосфере и термосфере предлагаются предель­ные модели распределения водяного пара в атмосфере. Рассмотрены теоретически физические условия, необхо­димые для реального осуществления найденных мо­дельных распределений.

ВОЗМОЖНОСТЬ СОДЕРЖАНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ВОДЫ В СЕРЕБРИСТЫХ ОБЛАКАХ И ОБЛАКАХ ВЕНЕРЫ

В. А. БРОНШТЭН (Центральный Совет ВАГО, Москва)

1. Обнаруженная Б. В. Дерягиным и Н. Н. Федякиным модифицированная вода (МВ) отличается от нор­мальной воды рядом свойств, в частности, имеет плотность 6=1,40 г/см3, показатель преломления m=1,48 (место 1,33), имеет меньшую упругость насыщенного пара и т. д. Однако в природе до сих пор МВ обнару­жена не была.

2. При изучении облаков Венеры астрономы встре­тились с рядом трудностей при определении их хим. состава, хотя в атмосфере Венеры прямыми и спектральными методами обнаружен водяной пар, а темпе­ратура на уровне облаков 235—240°К, гипотеза о вод­ной природе облаков встречает затруднения:

а) полосы Н2О в ИК-спектре у 1,5 и 2,0 мк слабы и проявляются плохо (у 2,0 мк блендирует сильная по­лоса СО2). Теория и эксперименты показывают, что это возможно при уменьшении размеров частиц до 1 мк с точки зрения физики облаков;

б) показатель преломления, определенный Коффином по поляризации света Венеры, лежит в пределах т = 1,43 - 1,55 и не может быть равен 1,33;

в) данные о температуре, давлении и содержа­нии Н2О трудно совместимы между собой (Т слишком высока, q и P слишком малы). Белтон, Хантен и Гуди по полосе Н2О 8189 нашли Р < 0,5 атм, qР= 2,7 см-атм (в облаке), ТЭфф = 270°К, М = 4,0 (число см-атм на дли­не своб. пробега X). q = 10-4 г/г (при P = 0,1 атм). Но «Венеры» нашли содерж. Н2О = 0,05% по всей толщине, т. е. q = 5-10-4 г, а в облаках 2—11 мг'л, т. е. q = (1 ч- 5,5)- 10-3 г/г, или в 10—50 раз больше, чем у Белтона и др.

3. Если считать, что облака Венеры состоят из капельки кристаллов льда МВ, то:

а) спектральные характеристики облаков должны быть другими. Полосы МВ по Беллами и др. слабее, чем у нормальной воды (НВ) —у 1,5 и 2,0 мк;

б) показатель преломления прекрасно совпадает с найденным для МВ;

в) поскольку МВ имеет более низкую упругость на­сыщенного пара, ее образование облегчается даже при невысоких парциальных давлениях.

4. Остается неясным, почему в условиях Венеры МВ образуется, а в условиях Земли — нет. Однако послед­нее тоже еще не доказано (см. ниже).

5. Противники водяной природы облаков Венеры не могут назвать вещество, из которого могли бы со­стоять облака. В разное время были названы следующие вещества: СО2, С3О2, 4сl , углеводороды, СН2О, и др. Однако из СО2 невозможны при таких высоких темпе­ратурах, а остальные в-ва не обнаружены спектраль­ным анализом, несмотря на все поиски.

6. В земной атмосфере, на высоте 80 км плавают т. н. серебристые или мезосферные облака. По многим дан­ным они состоят из кристалликов льда. А именно:

а) серебристые облака занимают узкий пояс высот 75—90 км, где осуществляется условие Е<qP

(Е — упругость насыщ. пара, q — концентрация, P — дав­ление);

б) это условие осуществляется только летом в сред­них широтах, т. е. там и тогда, где и когда появляются серебристые облака;

в) американо-шведские эксперименты позволили «за­хватить» частички, часть которых оказалась окружена «гало» из льда;

г) определения поляризации соответствуют ледяным частицам субмикронных размеров;

д) структура облаков близка к структуре перистых облаков, состоящих из ледяных кристалликов.

7. Предположение о возможном наличии льда из МВ в серебристых облаках опирается на следующие факты:

а) масс-спектральный анализ позволил обнаружить на тех же высотах ионы вида (Н2О)n Н+{n = 1,2), а также ион с массовым числом 72 (предположитель­но (Н2О)4+);

б) более низкая упругость насыщенного пара МВ облегчает процесс образования кристаллов льда из МВ;

в) активационный барьер для образования МВ по­ нижается с понижением давления.

8. Для проверки этой гипотезы необходимо:

а) провести ИК-наблюдения спектра серебристых облаков;

б) продолжать ракетные эксперименты с масс-спект­ рометром в зоне серебристых облаков;

в) продолжать поляризационные наблюдения на разных длинах волн;

г) поставить эксперименты с МВ в условиях, близ­ ких к условиям атмосферы Венеры, т. е. в «атмосфере» из СО2 при соответствующих давлениях и температурах.

д) аналогичные эксперименты провести в условиях образования серебристых облаков, т. е. при низких температурах и давлениях;

е) получить данные об ИК-спектре МВ вблизи 1,5 и 2,0 мк.

ОБ ИНДИКАТРИСЕ РАССЕЯНИЯ СВЕТА В МЕЗОСФЕРНЫХ ОБЛАКАХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ

Ч. И. ВИЛЛМАНН (Институт физики и астрономии АН ЭССР)

Рассматривается рассеяние света в мезосферных об­лаках при различных физических моделях этих обла­ков. Исходными параметрами этих моделей являются:

— радиус частицы r1 ≤ r ≤ r2, где r1≥2,5-10-6 см r2≤2,5-10-4 см

— распределение частиц в облаках N~ Аr-x где 3 < x < 4;

— физико-химический состав частиц характеризует­ся следующими коэффициентами преломления: т1 = 1,29-1,33 + i (50% из общего состава), т2 = 1,55+ i (25% из общего состава), т3 = ∞ (25% из общего состава).

Ограничивающими условиями были взяты:

τ≤1

λ = 0,2-6,0μ

 

Также рассматриваются вопросы прозрачности и оп­тической толщины мезосферных облаков.

О ПЫЛИ МЕТЕОРНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В АТМОСФЕРАХ ЗЕМЛИ И МАРСА

В. А. ВОРОБЬЕВ, Е. Н. КРАМЕР, И. С. ШЕСТАКА (Одесский госуниверситет)

Получена зависимость скорости и времени выпадения метеорной пыли от размеров и плотности метеор­ных частиц. Обращается внимание на возможное метеорное про­исхождение пылевых облаков и запыленности атмосфе­ры Марса.

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕЗОСФЕРНОЙ ПЫЛИ ПО СУМЕРЕЧНЫМ НАБЛЮДЕНИЯМ

Н. Б. ДИВАРИ (Одесский политехнический институт)

Представлены результаты исследований оптических свойств мезосферы и ее пылевой компоненты. Исследо­вания проведены на основании фотометрических изме­рений сумеречного свечения. Получены индикатриса рассеяния и коэффициент рассеяния на различных вы­сотах в области от 30 до 130 км над земной поверх­ностью.

ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ МЕЗОСФЕРНОЙ ПЫЛИ

Н. Б. ДИВАРИ (Одесский политехнический институт)

Представлены индикатрисы рассеяния пыли, нахо­дящейся на высотах 80—120 км, полученные по фото­электрическим измерениям сумеречного неба. Кроме пылевых индикатрис найдены суммарные наблюдаемые газопылевые индикатрисы для области углов рассеяния от 35 до 165°. Полученные индикатрисы использованы для опреде­ления коэффициента рассеяния на разных высотах мезо­сферы. Результаты представлены в виде отношений Σ/ΣR наблюдаемого коэффициента рассеяния Σ к вычисленному релеевскому коэффициенту рассеяния ΣR. Полученные результаты сравниваются с опубликован­ными результатами исследований, проведенных другими методами.

О ЛАЗЕРНОМ ЗОНДИРОВАНИИ МЕЗОСФЕРНЫХ ОБЛАКОВ

В. Е. ЗУЕВ (Институт оптики атмосферы СО)

Лазерное зондирование является новым дистан­ционным методом исследования атмосферы, который объединяет радиолокационные принципы с оптическими понятиями рассеяния. Метеорологический лазерный локатор-лидар стал мощным орудием для исследования концентраций и оптических параметров атмосферы. Разработка импульсного лазера способствовала зна­чительному прогрессу в применении импульсной свето­вой техники. Мощный лазерный локатор уже занял прочное место в практической метеорологии в США. Первые исследования верхней атмосферы (наблюде­ние за мезосферными облаками) с помощью лидара на рубиновом лазере были проведены летом 1963 г. В дальнейшем лазерная техника, быстро совершен­ствуясь, нашла широкое применение в различных ат­мосферных исследованиях. Цель настоящего доклада -описать основной лидарный метод, дать обзор работ в которых демонстрируется успешное применение лидара, наметить дальнейшие возможности лидара для ис­следования свойств верхней атмосферы.

К ВОПРОСУ О ЧИСЛЕННЫХ МОДЕЛЯХ ИНДИКАТРИС РАССЕЯНИЯ СЕРЕБРИСТЫХ ОБЛАКОВ В ВИДИМОЙ И ИНФРАКРАСНОЙ ЧАСТИ СПЕКТРА

В. Е. ЗУЕВ, Г. М. КРЕКОВ, В. Ф. БЕЛОВ (Институт оптики атмосферы СО АН СССР)

На основе имеющихся литературных данных делает­ся попытка построения физической модели мезосферных облаков. Осуществлен ряд расчетов полидисперсных индикатрис рассеяния в видимой и инфракрасной части спектра с целью их использования в задачах ма­тематического моделирования процессов переноса излу­чения в верхних слоях атмосферы. Расчеты выполнены на основе электромагнитной теории Ми.

О ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ СВЕТОВОГО СИГНАЛА, ОТРАЖЕННОГО ВЕРХНИМИ СЛОЯМИ АТМОСФЕРЫ

В. Е. ЗУЕВ, Г. М. КРЕКОВ, А. И. ПОПКОВ (Институт оптики атмосферы СО АН СССР, Томск)

Рассматриваются вопросы, связанные со статистиче­ским моделированием экспериментов, направленных на изучение структуры светового поля при рассеянии ла­зерных импульсов мезосферными облаками. Теорети­ческий подход к данной проблеме с точки зрения реше­ния интегро-дифференциального уравнения переноса весьма затруднителен. Поэтому представляется целе­сообразным выяснить возможности математического моделирования для целей прогноза и анализа экспери­ментов по лазерному зондированию мезосферы. Обсуждаются трудности задания корректной модели рассеивающей среды в указанных условиях. Исследуют­ся различные модифицированные алгоритмы метода Монте-Карло с целью выбора их оптимального сочета­ния для выбранного класса задач. Приводятся алгорит­мы расчета, возможные для учета различных физиче­ских факторов, и делаются оценки их эффективности.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАССЕИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ МЕЗОСФЕРЫ ПО ПОЛЯРИЗАЦИОННЫМ НАБЛЮДЕНИЯМ ПОЛЮСА ВО ВРЕМЯ СУМЕРЕК

Ю. И. ЗАГИНАЙЛО (Одесский политехнический институт)

Поляризационные измерения сумеречного неба в Полюсе Мира проводились с целью определения рас­сеивающей способности мезосферы. Измерения прово­дились в 1968—1969 гг. на ст. Маяки Одесской астро­номической обсерватории (φ = 46°24' N; К = 2h 01mЕ), Для измерения использовался электрофотометр, оптическая схема которого построена по схеме Фабри, Измерения поляризации сумеречного неба проводи­лись при трех положениях поляроида, отстоящих друг от друга на 60°. Поворот поляроида на 60° осуществ­лялся автоматически при помощи мальтийского меха­низма. Измерения в Полюсе Мира проводились в трех участках спектра (0,58, 0,53 и 0,37 мк). Значения яркостей сумеречного неба получены в аб­солютных единицах. Выделены яркости первичных сумерек по методу В. Г. Фесенкова. Определена рассеивающая способность мезосферы на различных высотах. Полученные резуль­таты сравнены со значениями рассеивающей способ­ности мезосферы, найденными по наблюдениям яркостей сумеречного неба в вертикале Солнца, а также по на­блюдениям поляризации в точке z= 70°, А = 30° к югу от вертикали Солнца.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНДИКАТРИС РАССЕЯНИЯ ВОДНОГО АЭРОЗОЛЯ

Б. А. САВЕЛЬЕВ, В. Я. ФАДЕЕВ (Институт оптики атмосферы, г. Томск)

В работе рассматриваются вопросы методики и ап­параты для исследования индикатрис рассеяния света водного аэрозоля в области длин волны 0,3 - 1 мкм. а также некоторые предварительные результаты, полу­ченные в Большой аэрозольной камере института экспе­риментальной метеорологии г. Обнинска.

КОЭФФИЦИЕНТЫ ОСЛАБЛЕНИЯ СВЕТА СФЕРИЧЕСКИМИ ЧАСТИЦАМИ С КОМПЛЕКСНЫМ ПОКАЗАТЕЛЕМ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

А. Н. ЛАТЫШЕВ, С. Н. ЛАТЫШЕВА (Воронежский госуниверситет)

С помощью электронно-вычислительной машины по­лучена зависимость фактора эффективности ослабления света сферическими частицами с комплексным показа- телем преломления и парциальных волн от параметра ρ= 2πam/λ (где а —радиус частиц, λ —длина волны света в вакууме, т — показатель преломления среды, окружающей частицы). Учитывались все парциальные волны, амплитуда которых была не менее 10-5 - 10-7. На кривой ослабления света частицами с определенным значением показателя преломления обнаружены резо­нансные максимумы, которые с ростом ρ затухают. Сде­лана попытка связать каждый из максимумов с определенным типом мультипольного излучения. Проведено сравнение найденного эффекта с ранее известным эф­фектом мелкомасштабных осцилляции («рябь») на кри­вой ослабления света частицами с действительным по­казателем преломления. Обсуждается вопрос о прояв­лении осцилляции кривой ослабления в виде некоторой структуры коллоидной полосы ослабления света метал­лическими частицами. Подробно рассмотрен вопрос о точности расчета коэффициента ослабления света мелкими частицами на электронно-вычислительных ма­шинах.

КОСМОФИЗИЧЕСКИЕ СВЯЗИ МЕЗОСФЕРНЫХ ОБЛАКОВ

Н. В. ВАСИЛЬЕВ, Н. П. ФАСТ (Томский госуниверситет, Томское отделение ВАГО)

Мезосферные облака наблюдаются в слое атмосфе­ры, играющем особую роль в реализации ряда геофи­зических эффектов (отражение радиоволн, сгорание метеоров). В связи с этим представляется достаточно вероятным предположение о связи их не только с чисто метеорологическими, но и с космофизическими явле­ниями. На основании анализа глобального наблюдательного материала за лето 1964 года рассматривается вопрос о возможности корреляционных связей между некоторы­ми параметрами вторичного космического излучения и появлением мезосферных облаков. Высказывается предположение о наличии таких связей, которые, однако, выявляются непостоянно. Сопоставляется динамика мезосферных облаков и свечения ночного неба летом 1964 года. По-видимому, существует довольно отчетливая положительная корре­ляция между появлением серебристых облаков и свече- о нием ночного неба в области линий X = 6700 А и NaD. Приводятся материалы, свидетельствующие о наличии летом 1963 года, по материалам наблюдений в Томске, положительной корреляции между появлением мезо­сферных облаков и спорадического слоя Еs. Однако эта корреляция выявляется не всегда. На примере «светлых ночей» лета 1908 года рас­сматривается вопрос о роли космической пыли в генезе мезосферных облаков. Авторы склоняются в пользу метеорно-конденсационной теории происхождения се-серебристых облаков.

К ВЫЯВЛЕНИЮ ПОЛЕЙ ВИДИМОСТИ МЕЗОСФЕРНЫХ ОБЛАКОВ МАТЕМАТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

А. О, ВЕСТФАЛЬ, В. Г. ФАСТ (Томский госуниверситет, НИИПММ, Томское отделение ВАГО)

Поле видимости мезосферных облаков рассматри­вается как изотропное однородное поле, принимающее в точках наблюдения значения О (мезосферных обла­ков нет) или 1 (есть мезосферные облака). Найдена корреляционная функция этого поля. Расчет значений поля в точках, где отсутствуют наблюдения, производит­ся по экстраполяционным формулам, минимизирующим средний квадрат ошибки экстраполяции. Приводятся экстраполяционные картины полей ви­димости мезосферных облаков на территории Советско­го Союза, построенные на основании данных сущест­вующей сети наблюдательных пунктов.

О ПРИРОДЕ МЕЗОСФЕРНЫХ (СЕРЕБРИСТЫХ) ОБЛАКОВ

Г. М. МАРТЫНКЕВИЧ (ЦАО Гидрометеослужбы СССР, Москва)

Кратко сопоставляются пространственно-временные характеристики мезосферных облаков и полярных сия­ний, подчеркивается их большое сходство и почти пол­ное отсутствие различий. Излагаются те из новейших результатов исследова­ния мезо- и термосферы, выполненных многими и, преж­де всего, прямыми методами, которые позволяют наиболее последовательно объяснить с единой точки зрения сходство пространственно-временных характеристик мезосферных облаков и полярных сияний, природу и происхождение мезосферных облаков. Для объяснения природы мезо­сферных облаков, в первую очередь, привлекаются экс­периментальные данные о вертикальном распределении водяного пара. Приводятся аргументы в пользу внезем­ного происхождения части водяного пара в мезо- и тер-мосфере. Последовательно развивается точка зрения, согласно которой мезосферные облака состоят из мо­лекулярных комплексов типа (Н2О)n или (Н2О)nН+ (n== 1, 2, 3...), образованных главным образом из молекул Н2О внеземного происхождения. Предлагается цепочка реакций, приводящая к об­разованию молекул Н2О из протонов солнечного проис­хождения и приводятся оценки скоростей некоторых из этих реакций.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАССЕИВАЮЩИХ СВОЙСТВ ДВУСЛОЙНЫХ ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ

Л. В. РЕЗНОВА (Одесский политехнический институт)

Представлены результаты вычисления факторов эф­фективности ослабления, рассеяния, поглощения и дав­ления света для сферических частиц графита и железа, покрытых концентрической оболочкой воды. Вычисления проведены на ЭЦВМ «Минск-22» по точ­ным формулам теории Ми для комплексных показателей преломления, зависящих от длины волны. Рассмотрены различные значения внешнего радиуса частицы и радиуса оболочки.

О ВЫЧИСЛЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ

Л. С. ТРОФИМОВА (Одесский политехнический институт)

Обсуждаются метод и результаты вычислений тем­пературы пылевых частиц межпланетного пространства. Вычисления проводились по формуле Ван де Хюлста. Фактор эффективности поглощения вычислялся по точ­ным формулам теории Ми. Вычисления проведены для сферических частиц кремния, графита и льда с показа­телем преломления, зависящим от длины волны. Сде­лана оценка точности определения температуры.

РАКЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЕРЕБРИСТЫХ ОБЛАКОВ

А. В. ФЕДЫНСКИЙ (ЦАО Гидрометслужбы СССР)

Ракетные исследования внесли значительный вклад в изучение структуры серебристых облаков (СО), усло­вий их образования и существования. Анализ имею­щихся ракетных данных позволяет надеяться, что в со­четании с наземными методами ракетные измерения в зоне появления СО могут дать исчерпывающие све­дения об особенностях температурных и ветровых полей на высотах 70—100 км, о природе частиц СО, их про­исхождении и структуре, о связи с другими параметра­ми атмосферы и, возможно, прогнозировать появление СО. Однако для достижения этих целей требуется целый ряд усилий.

О ПЛАНИРОВАНИИ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ СЕРЕБРИСТЫХ ОБЛАКОВ С ОРБИТАЛЬНЫХ КЛА

К. А. ЭЭРМЕ (Институт физики и астрономии АН СССР)

Обсуждаются основные возможные способы наблю­дения СО с КЛА в зависимости от цели наблюдения (фотометрическая регистрация явления или подробное фотометрическое или колориметрическое исследование поля СО). Прогностика результатов наблюдения в зависимости от орбитальных параметров, времени года, географиче­ской широты наблюдаемых участков поля СО и диапа­зона чувствительности прибора. Методика составления подробной программы наблю­дений в ходе полета КЛА (заключается в определении оптимальных начальных моментов и необходимых дли­тельностей сеансов наблюдения). Порядок обработки результатов наблюдения (зави­симости поток излучения — направление и поверхност­ная яркость — структура поля СО).

>
© Томский научный центр СО РАН
Государственный архив Томской области
Институт систем информатики СО РАН
грант РГНФ №05-03-12324в
Главная | Архивные документы | Исследования | КСЭ | Лирика | Ссылки | Новости | Карта сайта | Паспорт