Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В настоящем проекте предложена технология мониторинга аэрозольной компоненты и термического режима стратосферы на основе дистанционного (лидарного) и контактного (аэрологического) оптического зондирования. Задачей проекта являлось создание измерительного комплекса лидарного и аэрологического мониторинга стратосферы и его применение в экспериментальных исследованиях. На первом этапе проекта была проведена модернизация лидара с переходом с одноволнового зондирования атмосферы (532 нм) на двухволновое (плюс 355 нм) с приемом сигналов на шести каналах аэрозольно - рэлеевского и рамановского рассеяния света на длинах волн 532, 607 и 355, 386 нм [1]. Лидаром и шар - зондом получены результаты одновременных дистанционных (лидарных) и прямых (зондовых) измерений вертикального распределения температуры и аэрозольного наполнения тропосферы и стратосферы, осуществленных в 15-16 марта и декабре 2023 года в Томске. Целью экспериментов была , отработка проведения совместных лидарно - балонных измерений и валидация аэрозольных профилей обратного рассеяния в верхней тропосфере и стратосфере для создания всепогодной системы лидарно - баллонного мониторинга пространственно-временных и микрофизических характеристик аэрозоля. Лидарные измерения проводились в интервале высот от 7 до 50 км, зондом - от 0 до 30 км. Получены вертикальные профили отношения рассеяния на длинах волн 355 и 532 нм (лидар) и 470, 850, 940 нм (зонд) [2-3]. В проведенных совместных лидарно - баллонных экспериментах продемонстрировано хорошее согласие в полученных вертикальных профилях значения отношения обратного рассеяния R(H) для близких длин волн (528 и 532 нм для аэрозольного зонда обратного рассеяния и лидара, что свидетельствует о достоверности и надежности измерений. Полученная согласованность лидарных и баллонных измерений указывает на возможность применения аэрозольного зонда как мобильного средства для дополнения лидарных наблюдений, проводимых в различных географических точках. В целом, получение профильной многоспектральной информации о стратосферном аэрозоле лидаром и аэрозольным зондом дает дает первичную информацию для эффективного восстановление спектра размеров аэрозольных частиц по размерам и о вертикальном распределении аэрозольного наполнения тропосферы и стратосферы, более эффективно восстанавливать микрофизические характеристики аэрозоля. Также синхронно проводились лидарные и зондовые измерения вертикального распределения температуры. Лидаром - по оптическим сигналам рамановского и рэлеевского обратного рассеяния света, зондом - непосредственно контактным датчиком. По результатам эксперимента получены близкие значения вертикальных температурных профилей. На втором этапе проекта были продолжены совместные лидарно - баллонные эксперименты. Было проведено два эксперимента с запуском 8 зондов, а за весь период проекта -15 зондов. Был получен и накоплен значимый экспериментальный материал о многоволновых (УФ, видимого и ИК-диапазона) вертикальных профилях оптических параметров стратосферы, представляющий основу для исследования микрофизических свойств стратосферного аэрозоля. По результатам эксперимента получены близкие значения вертикальных температурных профилей, полученных лидаром и шар -зондом. В части теоретических работ проведено сопряжение расчетных блоков с целью создания полного замкнутого цикла численного моделирования для реализации алгоритма машинного обучения с использованием нейронных сетей и восстановления микрофизических характеристик стратосферных частиц (функция распределения, средний радиус, процентный состав сульфатов) с одновременным анализом точности восстановления, указанных характеристик. Выполнено численное моделирование и анализ возможностей восстановления микрофизических характеристик аэрозолей (среднего радиуса и дисперсии размеров частиц) по коэффициентам обратного рассеяния. Рассмотрены различные уровни содержания сульфатов в стратосфере в соответствии с моделями распределения аэрозолей и влияние на коэффициенты обратного рассеяния. В работе [4] нами показана принципиальная возможность восстановления радиусов и дисперсий распределения по коэффициентам обратного рассеяния с использованием нейронной сети. В работе [5] в замкнутом численном эксперименте представлены результаты восстановления по отношениям рассеяния средних радиусов и результаты обработки реальных лидарных данных и данных шарзондового эксперимента, отработана методика восстановления с использованием коллектива нейронных сетей . По световым сигналам многоволнового зондирования видимого и ИК-диапазона были восстановлены микрофизические параметры вертикального распределения аэрозольных частиц (средний радиус, среднеквадратическое отклонение распределения и концентрации частиц) для условий проведения совместного эксперимента лидарного и шарзондового зондирования атмосферы. Литература: 1. Маричев В.Н., Бочковский Д.А. Лидарный комплекс малой станции высотного зондирования атмосферы ИОА СО РАН: программно - аппаратная система управления // Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы [Электронный ресурс]: Материалы XXIX Международного симпозиума, г. Москва, 26-30 июня 2023 г. – Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2023. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). C. E81-E86. ISBN 978-5-94458-190-7. 2. Балугин Н.В., Маричев В.Н., Юшков В. А., Фомин Б.А., Бочковский Д.А. Аэрозольное зондирование тропосферы и стратосферы лидарными и аэрологическими технологиями // Сборник тезисов Международного симпозиума «Атмосферная радиация и динамика» (МСАРД – 2023), 21 – 24 июня 2023, С. 61-62. 3. Балугин Н.В., Маричев В.Н., Юшков В. А., Бочковский Д.А. Результаты эксперимента по совместному лидарному и шар - баллоному зондированию тропосферы и стратосферы // Сборник тезисов докладов XIII международной конференции «СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫЕ СВЯЗИ И ФИЗИКА ПРЕДВЕСТНИКОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ», с. Паратунка, Камчатский край, 25 – 29 сентября 2023, С. 52. 4. Суханов А.Я. Оценка возможностей определения микрофизических характеристик аэрозолей в лидарном и шарзондовом эксперименте зондирования стратосферы // XХХ Юбилейный Международный симпозиум "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы" 01-05 июля 2024 года, Санкт-Петербург B14-B17 5. Суханов А.Я., Маричев В.Н., Бочковский Д.А.,Юшков В.А., Балугин Н.В. Восстановление микрофизических характеристик стратосферных аэрозолей по результатам лидарного и шарзондового эксперимента // XХХ Юбилейный Международный симпозиум "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы" 01-05 июля 2024 года, Санкт-Петербург B18-B21