Том 32, номер 03, статья № 4

Аннотация:

Описаны методика и результаты исследования оптических и микрофизических характеристик конденсационных следов самолетов с помощью уникального высотного поляризационного лидара Национального исследовательского Томского государственного университета. Параметры микроструктуры ансамблей кристаллических частиц оценивались путем сравнения элементов матриц обратного рассеяния света, рассчитанных теоретически и полученных экспериментально. Показано, что образующийся в атмосфере конденсационный след за самолетом через 30–40 мин после выброса из двигателей продуктов сгорания топлива состоит из мелких хаотически ориентированных частиц льда, преимущественно столбчатой формы.

Ключевые слова:

конденсационные следы самолетов, поляризационный лидар, матрица обратного рассеяния света

Список литературы:

1. Горшков В.Г., Довгалюк Ю.А., Ивлев Л.С. Физические основы экологии. СПб.: Изд-во Санкт-Петербурского ун-та, 2005. 252 c.
2. Minnis P., Young D.F., Garber D.P., Nguyen L., Smith Jr.W.L., Palikonda R. Transformation of contrails into cirrus during SUCCESS // Geophys. Res. Let. 1998. V. 25, N 8. P. 1156–1160.
3. Радиационные свойства перистых облаков / под ред. Е.М. Фейгельсон. М.: Наука, 1989. 223 с.
4. Borovoi A., Balin Y., Kokhanenko G., Penner I., Konoshonkin A., Kustova N. Layers of quasi-horizontally oriented ice crystals in cirrus clouds observed by a two-wavelength polarization lidar // Opt. Express. 2014. V. 22, N 20. P. 24566–24573.
5. Sassen K., Benson S. A midlatitude cirrus cloud climatology from the Facility for Atmospheric Remote Sensing: II. Microphysical properties derived from lidar depolarization // J. Atmos. Sci. 2001. V. 58, N 15. P. 2103–2112.
6. Cho H.M., Yang P., Kattawar G.W., Nasiri S.L., Hu Y., Minnis P., Trepte C., Winker D. Depolarization ratio and attenuated backscatter for nine cloud types: Analyses based on collocated CALIPSO lidar and MODIS measurements // Opt. Express. 2014. V. 16, N 6. P. 3931–3948.
7. Samokhvalov I.V., Bryukhanov I.D., Nasonov S.V., Zhivotenyuk I.V., Stykon A.P. Investigation of the optical characteristics of cirrus clouds with anomalous backscattering // Russ. Phys. J. 2013. V. 55, N 8. P. 925–929.
8. Самохвалов И.В., Кауль Б.В., Насонов С.В., Животенюк И.В., Брюханов И.Д. Матрица обратного рассеяния света зеркально отражающих слоев облаков верхнего яруса, образованных кристаллическими частицами, преимущественно ориентированными в горизонтальной плоскости // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 5. С. 403–411.
9. Соковых О.В., Самохвалов И.В. Системная интеграция экспериментального оборудования высотного поляризационного лидара // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 10. С. 891–896.
10. Кауль Б.В., Волков С.Н., Самохвалов И.В. Результаты исследований кристаллических облаков посредством лидарных измерений матриц обратного рассеяния света // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16, № 4. С. 354–361.
11. Кауль Б.В., Самохвалов И.В. Поляризационные лидарные измерения характеристик атмосферного аэрозоля // Региональный мониторинг атмосферы. Ч. 2. Новые приборы и методики измерений. Томск: Спектр, 1997. С. 34–58.
12. Волков С.Н., Кауль Б.В., Самохвалов И.В. Методика обработки результатов лидарных измерений матриц обратного рассеяния света // Оптика атмосф. и океана. 2002. Т. 15, № 11. С. 982–986.
13. Самохвалов И.В., Волков С.Н., Брюханов И.Д. Программно-алгоритмический комплекс коррекции интенсивности лидарного сигнала на статистический и фоновый шум, на просчеты и последействие фотоэлектронных умножителей приемных каналов лидара // Свидетельство РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016662035; Зарегистрирована 28.10.2016 г.; Заявка № 2016619429; Поступл. 02.09.2016 г.
14. Samokhvalov I.V., Nasonov S.V., Stykon A.P., Bryukhanov I.D., Borovoi A.G., Volkov S.N., Kustova N.V., Konoshonkin A.V. Investigation of phase matrices of cirrus containing ensembles of oriented ice particles // Proc. SPIE. 2014. V. 9292. 92922M. DOI: 10.1117/12.2075562.
15. Samokhvalov I.V., Kaul B.V., Bryukhanova V.V., Doroshkevich A.A., Zege E.P., Chaikovskaya L.I., Malinka A.V. Correction for distortions in lidar measurements of cloud backscattering phase matrices caused by multiple scattering // Russ. Phys. J. 2008. V. 5, N 9. P. 958–964.
16. Doroshkevich A.A., Bryukhanova V.V. On the effect of cloud microstructure on the polarization characteristics of double scattering lidar return // Proc. SPIE. 2015. V. 9680. 968053. DOI: 10.1117/12.2206001.
17. Самохвалов И.В., Волков С.Н., Брюханов И.Д. Программно-алгоритмический комплекс расчета и приведения к плоскости вертикальной симметрии матриц обратного рассеяния света облаков верхнего яруса на основе данных поляризационного лазерного зондирования // Свидетельство РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017611252; Зарегистрирована 01.02.2017 г.; Заявка № 2016663186; Поступл. 02.12.2016 г.
18. Kaul B.V., Samokhvalov I.V., Volkov S.N. Investigating particle orientation in cirrus clouds by measuring backscattering phase matrices with lidar // Appl. Opt. 2004. V. 43, N 36. P. 6620–6628. DOI: 10.1364/AO.43.006620.
19. University of Wyoming [Electronic resource]. URL: http://weather.uwyo.edu (last access: 5.12.18).
20. Брюханов И.Д. Программно-алгоритмический комплекс планирования лидарных экспериментов // Свидетельство РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019610524; Зарегистрирована 11.01.2019 г.; Заявка № 2018664729; Поступл. 20.12.2018 г.
21. Самохвалов И.В., Брюханов И.Д., Животенюк И.В., Насонов С.В., Кириллов Н.С., Стыкон А.П. Определение матрицы обратного рассеяния света конденсационного следа самолета // Оптика атмосф. и океана. Физика атмосферы: Материалы XXII Междунар. симп. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2016. С. C465–C468. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
22. Самохвалов И.В., Брюханов И.Д., Животенюк И.В., Ни Е.В., Стыкон А.П. Оптические характеристики конденсационных следов самолетов // Оптика атмосф. и океана. Физика атмосферы: Материалы XXIV Междунар. симп. Томск: Изд-во ИОА СО РАН. 2018. С. C358–C361. 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).
23. Flightradar24. Live Air Traffic [Electronic resource]. URL: https://www.flightradar24.com (last access: 5.12.18).
24. Брюханов И.Д. Проблема интерпретации данных поляризационного лазерного зондирования конденсационных следов самолетов: оценка метеопараметров // Тр. Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского. 2018. Вып. 662. С. 102–106.
25. URL: ftp://ftp.iao.ru/pub/GWDT/Physical_optics/Backscattering/Quasi-horisontally_oriented_plate (last access: 5.12.18).
26. Borovoi A., Konoshonkin A., Kustova N., Okamoto H. Backscattering Mueller matrix for quasi-horizontally oriented ice plates of cirrus clouds: Application to CALIPSO signals // Opt. Express. 2012. V. 20, N 27. P. 28222–2823.
27. Mitchell D.L., Arnott W.P. A model predicting the evolution of ice particle size spectra and radiative properties of cirrus clouds. Part II. Radiation // J. Atmos. Sci. 1994. V. 51, N 6. P. 817–832.
28. Auer A.H., Veal D.L. The dimension of ice crystals in natural clouds // J. Atmos. Sci. 1970. V. 27, N 6. P. 919–926.
29. Шишко В.А., Брюханов И.Д., Ни Е.В., Кустова Н.В., Тимофеев Д.Н., Коношонкин А.В. Алгоритм интерпретации матриц обратного рассеяния света перистых облаков для восстановления их микрофизических параметров // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 3. С. 186–192.
30. Um J., McFarquhar G.M., Hong Y.P., Lee S.-S., Jung C.H., Lawson R.P., Mo Q. Dimensions and aspect ratios of natural ice crystals // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, N 7. P. 3933–3956. DOI: 10.5194/acp-15-3933-2015.
31. Samokhvalov I.V., Bryukhanov I.V., Soojin P., Zhivotenyuk I.V., Ni E.V., Stykon A.P. Optical characteristics of contrails according to polarization lidar sensing data // Proc. SPIE. 2018. V. 10833. 108335J. DOI: 10.1117/12.2504517.