Экспедиционные работы 2000 года

Экспедиция "Улан-Удэ 2000"

По приглашению Отдела физических проблем (ОФП) БНЦ СО РАН для работ по гранту "INTAS-97-10-40" в сентябре 2000 г. проведена экспедиция "Улан-Удэ 2000" с базированием на полигоне пос. Истомино. В ходе экспедиции велись спектрофотометрические измерения общего содержания озона, общего содержания и вертикального хода NO2. Одной из задач экспедиции было ознакомление сотрудников ОФП с техникой и методикой измерений NO2 с целью последующей совместной организации подобных регулярных измерений в районе озера Байкал.

Экспедиция "Пойма 2000"

При поддержке экспедиционного гранта СО РАН проведена экспедиция "Пойма 2000". Экспедиционные измерения газовых составляющих атмосферы, участвующих в фотохимических озоновых циклах, велись в фоновых условиях полигона ИОА "Киреевск"; одновременные сравнительные измерения осуществлялись в стационарном режиме в г. Томске. В течение года велась камеральная обработка результатов измерений 1999 года, полученных в ходе проведения экспедиции "Пойма 1999" по маршруту Томск-Сургут.
Научный руководитель экспедиции - член-корр. РАН Зуев В.В.

Экспедиция "Байкал-2000"

В июле-августе 2000 г. на полевой базе-стационаре Лимнологического института СО РАН проведена комплексная экспедиция "Байкал-2000" по изучению особенностей распределения аэрозольных примесей в пограничном слое атмосферы котловины оз.Байкал. Аппаратный комплекс экспедиции включал средства дистанционного и локального контроля параметров атмосферы. Дистанционные средства: аэрозольный лидар и шар-зондовая система измерения скорости ветра осуществляли контроль вертикальной стратификации атмосферы. Приземный слой контролировался с помощью локальных средств и метеорологического комплекса. Получен обширный экспериментальный материал, выявлены метеорологические условия, при которых в пограничном слое происходит разрушение циркуляционной ветровой ячейки, обнаруженной в предыдущих экспедициях, которая способствует образованию многослойной стратификации аэрозольных примесей. Экспедиция поддержана грантами РФФИ и Президиума СО РАН.
Начальник экспедиции - к.ф. -м.н. Балин Ю.С.

Экспедиция "Регион-2000"

Экспедиционные исследования выполнялись с применением следующих средств:

• лазерного аэрозольного лидара "ЛОЗА-3";
• двухтрассового ветроизмерительного лидара для приземного слоя атмосферы;
• трехкомпонентных акустических метеостанций;
• модифицированного доплеровского акустического локатора "ВОЛНА-3";
• трассовых измерителей флуктуаций интенсивности и фазы оптической волны, включая систему адаптивной оптики; дисперсиометр, анализатор импульсов;
• анализаторов смещения и распределения средней интенсивности изображения лазерного пучка, прошедшего через случайно-неоднородную атмосферу;
• тепловизионной автоматизированой системы;
• модернизированного монохроматора МДР-6

Место и сроки проведения: с. Киреевск, Томского района и полигоны института, в течение 2000 г.
В соответствии с программой выполнены следующие работы.

1. С помощью лидара ЛОЗА-3 продолжены экспериментальные исследования по накоплению статистических данных лазерного зондирования о пространственно временной структуре аэрозольных полей пограничного слоя атмосферы. В июле 2000 г. на базе с использованием лидара и содара проведен комплексный эксперимент по исследованию аэрозольных и метеорологических полей приземного слоя атмосферы. Выявлена корреляция между распределением аэрозольных слоев и температурной стратификацией. Результаты измерений анализируются. В техническом плане проведены испытания новой разработанной системы регистрации лидарных сигналов на базе 10-разрядного АЦП.
2. Выполнялась отработка различных методик зондирования АПС с помощью содара "ВОЛНА-3", продолжался набор экспериментальных данных по полю вектора скорости ветра и структуре температурной турбулентности для различных классов термодинамической устойчивости. Для калибровки содара использовались данные метеослужбы аэропорта (АМСГ) г.Томска, на котором начиная с января 2000 г. возобновились ежесуточные измерения профилей скорости и направления ветра с помощью шаров-пилотов с дискретностью 100 м. Несмотря на достаточно большое расстояние между пунктами измерений (порядка 15 км), сопоставление шаропилотных и содарных данных показало их вполне приемлемое согласие в различные сезоны года на высотах до 200м. Заметное различие в профилях скорости и направления ниже 200 м объясняется, возможно, влиянием локальной орографии мест наблюдения. Инструментальная калибровка содара "ВОЛНА-3" и применение новых эффективных алгоритмов обработки амплитуды его сигналов позволила запустить в эксплуатацию канал измерения профилей абсолютных значений структурной характеристики температуры.
3. Продолжены полевые испытания датчиков пульсаций влажности, основанных на различных принципах измерения. Выполнен цикл экспериментов в приземном слое атмосферы с применением различных датчиков измерения пульсаций температуры, влажности, скорости и направления ветра, приходящей и уходящей радиации. На основе полученного экспериментального материала получены оценки суточных ходов для вертикальных турбулентных потоков тепла, влаги и количества движения в приземном слое атмосферы. Рассмотрено синхронное поведение суточных изменений этих величин совместно с изменением приходящего и уходящего радиационных потоков взаимные корреляционные зависимости при различных условиях термической стратификации и времени суток. Проведено сравнение потоков рассчитанных с использованием рядов пульсаций метеопараметров синхронно полученных различными датчиками на основе различных принципов измерений:
4. Проводилось изучение турбулентных характеристик следа движущегося самолета. Установлено, что в течение нескольких секунд в следе двигателей самолета сохраняется интенсивность турбулентности на 2-3 порядка выше естественной. Проведены испытания элементов адаптивной системы, предназначенные для стабилизации изображения спектрографа большого солнечного вакуумного телескопа Байкальской астрофизической обсерватории. Опробован новый тип датчика изображения: корреляционный датчик смещения изображения.
5. Продолжены экспериментальные исследований формирования и флуктуаций дрожания изображения отраженной от плоского зеркала волны, прошедшей слой развитой конвективной турбулентности. Из полученных результатов следует, что уровень флуктуаций в коллимированном пучке на коррелированной и некоррелированной трасах при b0>2-3 близки между собой, а при b0<2-3 на коррелированной трассе больше чем на некоррелированной. Несколько иная ситуация с дрожанием изображения пучка фокусированного на отражатель. Уровень флуктуаций при всех значениях b0 на коррелированной трассе выше, чем на некоррелированной. Спектр флуктуаций спадает по экспоненте.
6. Продолжены исследования флуктуаций интенсивности в снегопадах. Установлен вид корреляционной функции для различных условий. Выполнены исследования флуктуаций прямого и рассеянного излучения во время выпадения дождя и в ясной атмосфере. Результаты обрабатываются.
7. Модернизирована аппаратура и выполнены исследования спектров излучения горящего опада хвои кедра, березы и газа. Показано, что спектр излучения конденсированной фазы близок к излучению АЧТ. В отличие от него спектр излучения пламени существенно другой. Он имеет значительные максимумы в полосах излучения продуктов горения на фоне непрерывного спектра излучении нагретых аэрозолей. Спектр излучения в ИК области близок к спектру излучения бытового газа. В видимой области спектр излучения линейчатый, сгруппированный в 3 полосы. 0.5-0.55, 0.55-0.64 и 0.64-0.75 мкм, в отличие от спектра газовой горелки в котором 3 одиночных известных линии.
8. Продолжены исследования флуоресценции растительных тканей при воздействии импульсным лазерным излучением на длине волны 0.53 мкм. Зондирование проводилось на основе лидара с YAG:Nd лазером и последующим преобразованием излучения во вторую гармонику. Сигналы флуоресценции исследовались на двух длинах волн 685 и 740 нм, соответствующих хлорофиллам типов а и б. Одновременно с лидарными измерениями концентрации хлорофилла проводились исследования на основе контактных спектрофотометрических методов. Эта методика позволила исследовать процесс засыхания растений и установить зависимость интенсивности флуоресцентных сигналов хлорофилла от его концентрации. Получены калибровочные кривые, позволяющие установить зависимость интенсивности лидарных сигналов от содержания хлорофилла.

Зам. начальника экспедиции - к.ф. -м.н. Цвык Р.Ш.

Экспедиция "Байкал-2000", отряд "Турбулентность"

Исполнители - лаборатория когерентной и адаптивной оптики

1. Проведены исследования "дневного" астроклимата точки расположения БСВТ.
2. Выполнены лабораторные испытания адаптивного зеркала.
3. Проведены исследования алгоритма работы следящего устройства для измерения случайного дрожания изображения фрагмента Солнца.
4. Подготовлены предложения на оснащения современным оборудованием экспедиционного комплекта на основе дифференциального измерителя дрожания изображения.
5. Подготовлены материалы к промежуточному отчету по проекту.

Научный руководитель - д.ф. - м.н. Лукин В.П

Экспедиция "СМЛ-Экология"

Задачи экспедиции на 2000 год:

проведение самолетного зондирования атмосферы над Западной Сибирью с целью сохранения многолетних рядов измерений;

детальное исследование феномена замкнутой циркуляции воздуха в котловине оз. Байкал и распространения над ним аэрозольных и газовых примесей;

исследование закономерностей формирования поля загрязнений в приземном и пограничном слое воздуха в фоновых районах и районах нефтегазовых месторождений;

подготовка оборудования для проведения эксперимента по зондированию выбросов гептила третьими ступенями ракет, которые приземляются на территории Алтая.
Решение перечисленных задач достигалось ежемесячным зондированием метео- и оптических величин, аэрозольного и газового состава воздуха над одним и тем же районом, который остается постоянным уже в течение 4-х лет. Проведением выезда наземного отряда на оз.Байкал.
В ходе самолетного зондирования атмосферы выявлена годовая динамика вертикального распределения газового и аэрозольного состава воздуха. Предварительный анализ данных показывает, что в зимний период наблюдается повышенное содержание метана, оксида углерода и аэрозоля в пограничном слое атмосферы. Повышенная концентрация метана обусловлена интенсификацией его производства анаэробными почвенными микроорганизмами. Рост содержания двух других компонент связан с образованием задерживающих инверсионных слоев в этот период года. В весенний период (апрель-май) обнаруживается дальний трансграничный перенос газовых и аэрозольных составляющих воздуха из удаленных районов, в которых снежный покров уже сошел.
Летом, из-за развитого турбулентного обмена, вертикальные профили всех газовых и аэрозольных компонент выравниваются по высоте.
Осень, характеризуется дождливой погодой и вымыванием примесей.
Поэтому концентрация почти всех газовых и аэрозольных компонент в этот период минимальна.
Озон, отражающий фотохимические процессы в атмосфере, в отличие от многих регионов, имеет максимальную концентрацию в летний период, что обусловлено сезонным ходом выбросов углеводородов растительностью. Тем самым подтверждается, что над Западной Сибирью, в фоновых районах, наблюдается фотохимический смог природного происхождения.
Сопоставление данных по озону и аэрозолю, полученных в 2000 году с результатами предыдущих лет показывает, что в этом году их концентрации начали возрастать, что было предсказано на основании предыдущих исследований.
Анализ вертикального распределения интенсивности восходящей и нисходящей радиации показал, что основное ослабление ее происходит в нижнем 1-2 км слое. Хотя, в отдельные периоды от такой закономерности могут быть отклонения. На вертикальных профилях неожиданно обнаружены минимумы в средней тропосфере (4-5 км), которых, по сложившимся представлениям, быть не должно. Пока трудно интерпретировать этот факт.
Наземным отрядом экспедиции было проведено шаропилотное базисное зондирование параметров циркуляции воздуха в котловине оз.Байкал, включая круглосуточные. Получены дополнительные сведения о динамике этой циркуляции, позволяющие уточнить ее характеристики: высоту нижней и верхней границы, мощность. Показано, что эта циркуляция, внешне напоминающая бризовую, располагается выше слоя воздуха, в котором наблюдается сам бриз. При этом по вертикали она значительно протяженнее бризовой.
В июне-августе наземным отрядом проведен эксперимент по мезомасштабному переносу примесей воздуха с целью выявления антропогенного вклада г.Томска в изменение состава воздуха. Было установлены две идентичные установки на полигоне в п.Киреевск, Томской области и в академгородке, находящемся в теневой зоне г.Томска относительно западно-восточного переноса. Установки работали синхронно с частотой 1 час. Данные в настоящее время обрабатываются.
Из запланированных работ не удалось выполнить исследование состава воздуха нефтегазоносных районов, ввиду отсутствия финансирования по уже заключенным договорам.
Для зондирования выбросов гептила был модернизирован лидарный комплекс "Макрель-2М" в части регистрирующей аппаратуры и геометрии распространения луча. Совместно с ОКБ им.Антонова (Украина) дорабатывался фюзеляж самолета путем замены бокового блистера на оптическое стекло для вывода излучения в атмосферу. Комплекс прошел успешную апробацию в полетных условиях в октябре этого года.
Начальник экспедиции - д.ф. - м.н. Б.Д. Белан.