В высокорейтинговом журнале Applied Optics опубликованастатья, соавторами которой стали ученые радиофизического факультета ТГУ и Института оптики атмосферы СО РАН, а также их корейские коллеги. В статье представлены результаты исследования оптических свойств облаков среднего и верхнего ярусов типичных для Восточной Азии.
Изучать облака необходимо для точного расчета количества тепла, поступающего на Землю. Получить информацию об этих удаленных от поверхности Земли атмосферных объектах помогает лазер и созданный на его основе прибор, получивший название поляризационный лидар.
— Чтобы рассчитать количество солнечной энергии, достигающей земной поверхности, необходимо узнать, сколько этой энергии отражают и пропускают облака. Даже в самый погожий день в атмосфере на высотах 8–12 километров могут быть тонкие облака, состоящие из кристалликов льда (их называют перистыми). Размеры ледяных частиц в форме шестигранных пластинок и столбиков (в виде мельчайших карандашиков) могут достигать от десятков и сотен микрометров до единиц миллиметров. Плоские грани кристалликов для солнечного света, несущего энергию от Солнца к Земле, можно рассматривать как мельчайшие зеркальца, которые способны отражать до 2–3 процентов энергии, падающей на плоскую грань кристаллика, — поясняет профессор Игнатий Самохвалов, зав. кафедрой оптико-электронных систем и дистанционного зондирования РФФ, соавтор статьи в Appl. Opt.. — Чем больше наверху горизонтально ориентированных кристаллов, тем больше солнечной энергии отражается, уходит в космическое пространство.
Наилучший способ диагностики микроструктуры перистых облаков — использование поляризационного лидара. С помощью лазерного луча ученые определяют, из чего состоят облака, какова форма частиц и как эти кристаллы ориентированы в пространстве. Лидар посылает вверх электромагнитную волну с разными поляризациями (это специфическое свойство электромагнитых волн) — в виде узкого пучка зелёного света вспышками длительностью 7–8 наносекунд и по 10 вспышек в секунду. В атмосфере волна взаимодействует с молекулами воздуха, пылинками, водяными каплями, кристаллами. Нужные данные исследователи получают по отраженному излучению, которое возвращается на приемник лидара. На основе этой информации создаются математические модели оптических свойств перистых облаков и, что особенно важно для прогнозирования погоды, о пространственной ориентации кристаллических частиц льда.
Эти фундаментальные исследования кафедра оптико-электронных систем и дистанционного зондирования РФФ ведет совместно с коллегами из Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН. Несколько лет назад в ТГУ было заключено трехстороннее соглашение о сотрудничестве с национальным университетом Ханбат в Республике Корея. Его инициатором был Сергей Волков (ведущий автор статьи в Appl. Opt.), сотрудник центра лазерного зондирования атмосферы ИОА и старший научный сотрудник лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды центра превосходства«БиоКлимЛанд». Одним из пунктов этого соглашения являются совместные научные изыскания, в том числе и с использованием лидаров.
— В Корее при участии томских ученых создан лидар, немного отличающийся по характеристикам от нашего. Это большое событие для научного мира. Облака верхнего яруса покрывают огромные площади земной поверхности. Их горизонтальная протяжённость от сотен до нескольких тысяч километров. Чтобы изучать их полноценно, нужно как можно больше точек исследования. К тому же, создание лидарной сети позволяет отслеживать глобальный перенос частиц. Спутниковые наблюдения могут дать только общую информацию, поэтому важны исследования и с Земли. И чем больше лидарных «точек» на карте, тем более точной и полной будет картина. Благодаря сотрудничеству с корейским университетом мы можем сравнивать данные, что получаем здесь, в центре Западной Сибири, с тем, что получают наши коллеги уже ближе к экватору, — говорит профессор Самохвалов.
Исследование, результаты которого опубликованы в Applied Optics, было проведено с помощью наземного поляризованного лидара, расположенного в корейском городе Тэджон. В статье ученые описывают данные о рассеивающих и поглощающих свойствах частиц облаков, об их морфологии и пространственной ориентации. Для иллюстрации эффективности и универсальности метода оценки параметров облака представлены также некоторые численные результаты измерений.
Для справки: Высотный поляризационный лидар, принадлежащий кафедре оптико-электронных систем и дистанционного зондирования РФФ, занесен в реестр уникальных установок России. И в области изучения строения и состава атмосферы на больших высотах он по своим характеристикам не имеет аналогов в мире.
