Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Оптические свойства атмосферных аэрозолей в инфракрасной области спектра

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Оптические свойства атмосферных аэрозолей в инфракрасной области спектра"

г г:; од кт-Петербургский Государственный Университет

2 5 СЕН 1995

На правах рукописи

АНДРЕЕВ СЕРГЕО ДАШЛОШЧ

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АТМОСФЕРНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ В ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА

(04.00.22 - геофизика)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа выполнена в Научно-исследовательском Институте Физики при Санкт-Петербургском Государственном Университете

Официальные оппоненты: доктор физ-кат наук Г. И. Горчаков

доктор физ-кат наук А. Д. Егоров доктор фхз-мат наук А. Я. Перельман

Ведущее предприятие: Институт Оптика Атмосферы СО РАК

на заседании диссертационного совета Д.063.57.51 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при Санкт-Петербургскок Государственном Университете по адресу: 199164, Санкт-Петербург, Университетская наб. , д. 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ.

Защита состоится

1995 г. в

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета, кандидат физ-кат наук

С.А. Зайцева

• /

I. Общая характеристика работы

Диссертация посвящена комплексным исследованиям оптических свойств атмосферных аэрозолей (преимущественно в инфракрасной области спектра) в зависимости от их микроструктуры и состава и от состояния атмосферы.

Актуальность работы.

Исследования оптических свойств аэрозолей являются одной из центральных проблем оптики атмосферы, что обусловлено ролью, которую аэрозоли играют в формировании оптических свойств атмосферы, высокой изменчивостью и многообразием аэрозольных образований в условиях реальной атмосферы.

Корректный учет оптических свойств аэрозолей необходим при решении разнообразных фундаментальных научных и прикладных задач, связанных с распространением оптического излучения в атмосфере.

Метода дистанционного зондирования атмосферы и земной поверхности, мощным стимулом для развития которых стали достижения космической техники, с одной стороны, требуют корректного учета влияния аэрозолей, как мешающего фактора, на передаточную функцию атмосферы, а с другой - предоставляют уникальные возможности для изучения свойств самих аэрозольных образований, прежде всего, в верхней и средней атмосфере. Данное направление исследований приобрело особое значение в связи с осознанием на протяжении последних десятилетий важной роли, которую аэрозоли играют в процессах трансформации климата. В этом плане необходимо подчеркнуть важную роль, которую приобрели исследования оптических свойств как фоновых аэрозолей, так и аэрозольных загрязнений атмосферы естественного (прежде всего - вследствие вулканических выбросов, выноса в атмосферу продуктов эрозии почв и др. , метеоритных вторжений в атмосферу и т.д.) и антропогенного (промышленные, транспортные выбросы - в том числе выбросы продуктов сгорания ракетных и самолетных двигателей, - дымы, образующиеся при различных техногенных катастрофах и др.) происхождения.

Активное использование оптического - в частности, инфракрасного - диапазона электромагнитного излучения при разработке систем связи, обнаружения, наведения, проводки судов, посадки сако-

летов в условиях пониженной видимости, наблюдающееся в последние десятилетия, невозможно без знания основных закономерностей аэрозольного ослабления при различных условиях в атмосфере.

Свидетельством актуальности подобных исследований является их высокая активность, что проявляется на протяжении ряда лет в постоянном росте количества публикаций, посвященных оптике атмосферных аэрозолей и смежным проблемам.

Состояние проблемы.

В видимой области спектра основные, чаще всего присутствующие в воздухе, типы аэрозолей преимущественно определяют рассеяние излучения; при переходе к ИК диапазону спектра на первый план выходят эффекты, связанные с поглощенней излучения.

Если задачи, связанные с оценкой молекулярного поглощения в свободной от аэрозолей атмосфере, можно считать более или менее решенными (По-крайней мере - в теоретическом плане; в этой области исследований речь, преимущественно, идет об уточнении количественных характеристик поглощения и совершенствовании применяемых расчетных методик. Одной из немногих принципиальных проблем в этой области, еще ожидающих решения, остается проблема континуального поглощения водяного пара в ИК области спектра,без решения которой невозможно сколько-нибудь существенное уточнение экспериментальных оценок оптических характеристик атмосферных аэрозолей на основе экспериментальных исследований в натурных условиях.), то влияние аэрозолей на формирование характеристик полей излучения в атмосфере изучено недостаточно даже в видимой области спектра, где проблема представляется более простой в связи с объективными особенностями природы реальных атмосферных аэрозолей к вследствие более высокого уровня развития техники эксперимента и обусловленной этим более полной обеспеченности экспериментальными данными.

Исследования аэрозолей как одной из основных оптически-активных составляющих атмосферы занимают важное место во всех работах, посвященных проблемам оптики атмосферы и радиационной климатологии. Внимание к этим вопросам не ослабевает до настоящего времени, что можно рассматривать как свидетельство, с одной стороны, актуальности и сложности проблемы, а с другой - неудовлетворенности исследователей полученными результатами.

Современныэ представления об оптических свойствах атмосферных аэрозолей формируются на основе результатов исследований в

двух, объективно связаных, но до некоторой степени самостоятельных направлениях. Прежде всего, это экспериментальные исследования оптических свойств атмосферы, анализируя результаты которых в ПК области спектра, нельзя не отметить их неполноту и противоречивость. По-видимому, следует признать, что результаты экспериментальных исследований играли роль первоначального стимула к интенсивному развитию исследований в области оптики атмосферных аэрозолей, в то время, как современные представления о реальных оптических свойствах атмосферных аэрозолей формируются преимущественно под воздействием результатов другого направления исследований - численного моделирования оптических характеристик, в основе которого лежит численно-теоретический анализ процессов генерации отдельных типов аэрозолей, их трансформации при различных условиях в атмосфере и обусловленных этими процессами особенностей оптических свойств аэрозолей. Следует отметить, что между этими объективно взаимосвязанными направлениями исследований наблюдается определенный разрыв.

ых

В период конца 50 - начала 80 — г. г. экспериментальные исследования оптических свойств атмосферы, в том числе - аэрозольной составляющей атмосферы, проводились в зарубежных странах (США, Великобритания, Франция) и в СССР чрезвычайно активно, и были направлены на решение фундаментальных проблем природы и закономерностей атмосферного ослабления и его составляющих, но в последнее десятилетие их интенсивность резко упала. Можно полагать, что это связано не столько с уменьшением интереса к проблеме, сколько с тем обстоятельством, что традиционные методы исследований в значительной степени исчерпали свои возможности, а принципиально новых подходов не предложено. В то же время, за этот период произошло осознание необходимости комплексного подхода к исследованиям оптических свойств атмосферы и атмосферных аэрозолей.

Роль аэрозолей в атмосфере не ограничивается существенным -иногда определяющим - вкладом в формирование оптических свойств атмосферы. Невозможно выделить круг проблем физики атмосферы, при решении которых можно было бы игнорировать участие аэрозолей. Присутствие в воздухе частиц и капель самым существенным образом влияет на процессы, связанные с фазовыми переходами воды в зтмо-

> •

сфере (процессы образования облаков, туманов, осадков), в значительной степени влияет на электрические свойства атмосферы; появление в составе аэрозольных частиц некоторых веществ - таких, как металлы и их окислы, многие органические соединения и проч. определяет качество воздуха с точки зрения медико-биологического воздействия на живую природу и человека и т.д. Многообразные процессы, происходящие в атмосфере, в свою очередь, влияют на состояние аэрозолей и их свойства, воздействуя на процессы генерации частиц, их распространения, трансформации и стока.

Такое многообразное проявление свойств атмосферных аэрозолей, тесная, но не всегда очевидная связь этих свойств с изменчивыми условиями в атмосфере, являются одной из причин, определяющих высокий интерес к проблемам, связанным с изучением аэрозолей со стороны самых различных отраслей науки и техники. Активное участие специалистов различных направлений в изучении атмосферных аэрозолей создает благоприятные условия для развития широкомасштабных комплексных исследований. К сожалению, на практике чаще наблюдается прямо противоположная ситуация: исследования отдельных свойств аэрозолей проводятся принципиально разными методами, но достижения в одних направлениях исследований остаются неис-пользоваными - иногда даже неизвестными - в других областях исследований.

Реальную потребность объединения усилий специалистов различных отраслей науки и народного хозяйства отражает состоявшийся в октябре 1993г. в Москве учредительный съезд Российского Аэрозольного Общества, основными задачами которого являются объединение и координация деятельности отдельных центров и специалистов, занимающихся исследованиями аэрозолей или заинтересованных в результатах подобных исследований. Безусловно, создание РАО отражает потребность специалистов в различных отраслях науки, связанных с исследованиями аэрозолей, в объединении и координации усилий, создает определенные предпосылки для успешного развития комплексных исследований аэрозолей, в том числе, - и атмосферных аэрозолей. Так, по инициативе РАО уже летом 1994 г. при участии целого ряда различных организаций начались исследования по программе "Аэрозоли России".

Настоящая работа основывается, преимущественно, на результатах исследований, проведенных в различные годы отделом физики атмосферы и лабораторией физики аэрозолей НИИ Физики СПбГУ в обла-

сти изучения оптических свойств аэрозолей и некоторых смежных направлениях. Учитывая направленность собственных научных интересов и исследований автора, а также специфику исследований оптических свойств в различных областях спектра, изложение ограничивается ИК областью спектра. Поскольку аэрозоли - единая система и их свойства в различных спектральных диапазонах неразрывно связаны, систематически используются, разумеется, и результаты исследований в видимом диапазоне, но без детального обсуждения. (Исключение в этом отношении составляет часть диссертации, посвященная экспериментальным исследованиям оптических свойств агрегатов частип в зависимости от характеристик их структуры, что связано, прежде всего, с реальными возможностями оптического эксперимента в различных областях спектра, )

Отдел физики атмосферы НИИ Физики Ленинградского (Санкт-Петербургского) Государственного Университета является одним из ведущих центров в России в области атмосферной оптики. Созданная более тридцати лет назад по инициативе К. Я. Кондратьева группа (впоследствие преобразованная в лабораторию) физики аэрозолей практически с начала своей работы избрала путь комплексных исследований. Как следует из изложенного выше, потенциально фронт исследований атмосферных аэрозолей чрезвычайно широк, его практически невозможно охватить в рамках одного, весьма ограниченного по своим материальным и техническим ресурсам, научного подразделения. Поэтому в центре внимания коллектива лаборатории и ее руководителя Л. С. Ивлева на всем протяжении существования лаборатории остаются две основные проблемы - микроструктура и оптические свойства аэрозолей. В рамках этих основных направлений систематически проводятся экспериментальные исследования микроструктуры и состава аэрозолей в различных регионах и на разных уровнях в атмосфере - от приземного слоя до мезосферы, изучаются оптические свойства атмосферных аэрозолей и проб аэрозолей во всем оптическом диапазоне излучения. Одновременно постоянно развиваются исследования в области теории оптических свойств дисперсных систем и численного моделирования оптических характеристик аэрозолей.

Значительная часть исследований проводится в тесном сотрудничестве с другими исследовательскими институтами и организациями; в частности, за период своего существования лаборатория принимала непосредственное участие в проведении оптических экспериментов в условиях реальной атмосферы, проводившихся отделом физи-

ки атмосферы НЛИФ, ГОИ им С. И. Вавилова, Институтом Оптики Атмосферы СО РАН, ГГО им. А.И. Воейкова, Центральной Аэрологической Обсерваторией и другими исследовательскими организациями. Практически ежегодно - и также в тесном сотрудничестве с различными научными и производственными учреждениями - проводятся экспедиционные исследования микроструктуры и состава атмосферных аэрозолей; такого рода исследованиями охвачена значительная часть территория СНГ и ряд регионов за рубежом.

Теоретические и экспериментальные исследования по оптике и микрофизике аэрозолей развиваются параллельно, по тесно координирующимся программам, во многих случаях - силами одних и тех же сотрудников. Представляется, что такой «дуализм» интересов лаборатории в значительной степени предопределяет тот факт, что на протяжении длительного периода лаборатория является одним из лидеров в аэрозольных исследованиях, в частности, в области оптики аэрозолей в России.

За время своего существования коллектив лаборатории предложил ряд аэрозольных моделей атмосферы, в том числе - оптических моделей атмосферных аэрозолей в широкой области спектра. Проведены обширные циклы исследований - экспериментальных, теоретических и расчетных - по таким проблемам, как взаимодействие аэрозолей с водяным паром, влияние несферичности и неоднородности частиц на оптические свойства дисперсной системы, закономерности эволюции функции распределения и состава аэрозольных частиц при различных условиях на разных уровнях в атмосфере и т. д. . В последние годы, когда в мировой науке начали развиваться исследования физических процессов на основе теории фрактальных систем, лаборатория активно включилась в эти работы, прежде всего, в целях использования новых методов анализа адсорбционных, аэродинамических, оптических свойств аэрозолей. Такой широкий фронт исследований способствует выработке представлений о необходимости комплексного подхода к проблемам атмосферных аэрозолей, в том числе - оптики аэрозолей.

Цепь работы.

В соответствии с изложенным выше, основная цель диссертационной работы состояла в разработке целостной оценки оптических свойств атмосферных аэрозолей в ИК области спектра в связи с особенностями состава и структуры аэрозолей при различных условиях з атмосфере на основе комплексных исследований.

Основные научные задачи диссертационной работы.

Для достижения поставленной цели в ходе работы решались следующие конкретные научные задачи:

1. Проведение экспериментальных исследований оптических характеристик аэрозолей в широкой области спектра в натурных и в лабораторных условиях при одновременном получении возможно более полной информации о структуре и составе аэрозолей и о состоянии атмосферы.

2. Анализ характерных особенностей оптических характеристик атмосферных аэрозолей в ИК области спектра, определенных экспериментально, - изменчивости спектральных коэффициентов аэрозольного ослабления в связи с вариациями микроструктуры и состава аэрозолей, их зависимости от метеорологических условий.

3. Анализ и обобщение результатов лабораторных исследований ИК спектров поглощения проб атмосферных аэрозолей, проводящихся, преимущественно, с целью определения оптических постоянных вещества частиц аэрозолей и их отдельных фракций, оценка перспектив использования подобных методов для оперативной оценки состава аэрозолей.

4. Анализ комплекса экспериментальных и расчетных данных об оптических свойствах атмосферных аэрозолей в связи с изменчивостью их микроструктуры и состава при различных условиях в атмосфере с целью оценки достоверности, сопоставимости и надежности подобных данных и выработки единой цельной концепции оптических свойств атмосферных аэрозолей.

5. Разработка моделей оптических характеристик атмосферных аэрозолей, пригодных для оперативной оценки ситуации в атмосфере при определенных условиях и для использования в радиационно-кли-матических задачах, а также анализ их применимости.

6. Исследования оптических свойств ряда специфических форн аэрозолей (дымы, вулканические, стратосферные аэрозоли), обладающих определенной внутренней структурой, с целью изучения влияния структуры агломератов частиц на их оптические характеристики и перспектив применения теории фрактальных кластеров в подобных исследованиях.

Научная новизна полученных результатов.

В ходе исследований по теме диссертации получены следующие основные результаты:

1. Комплекс результатов измерений спектральной прозрачности атмосферы (толщи атмосферы и на горизонтальной трассе) и характеристик состава и структуры аэрозолей, на основе которых:

а) определены коэффициенты аэрозольного ослабления в области спектра 0,4 + 15 нкя, изучены особенности их спектральной структуры и связь с параметрами микроструктуры аэрозолей;

б) экспериментально установлены основные особенности зависимости коэффициентов аэрозольного ослабления в ИК области спектра от влажности воздуха.

2. Комплекс исследований ИК спектров проб атмосферных аэрозолей, на основе которых:

а) наглядно продемонстрировано различие состава отдельных фракций аэрозолей;

б) изучены ИК спектры поглощения органических веществ в составе атмосферных аэрозолей;

в) предложена методика определения содержания органических веществ в составе аэрозолей и исследованы закономерности изменчивости их содержания;

г) предложена модель оптических постоянных вещества отдель-ных'фракций аэрозолей для области спектра 0,3 + 15мхм.

3. Предложена модель оптических характеристик аэрозолей приземного слоя атмосферы для области спектра 0,3 + 15 ыкн и исследована ее применимость при различных условиях в атмосфере.

4. Проведены исследования оптических свойств структурированных частиц в зависимости от параметров фрактальной геометрии, на основе результатов которых:

а) Подтверждена применимость теории фрактальных систем для описания наблюдаемых эффектов;

б) В рамках теории Берри-Персиваля [1] показана необходимость учета эффектов многократного рассеяния внутри агломерата при размерах частиц-мономеров и значениях оптических постоянных, типичных для некоторых типов атмосферных аэрозолей;

в) получены аналитические выражения для оптических характеристик фрактальных кластеров для реалистических представлений парно-корреляционной функции;

г) на основе уточненной теории проведены расчеты и предложены модели оптических характеристик дымов и некоторых типов аэрозолей средней атмосферы.

Значительная часть перечисленных результатов получена впервые.

Результаты проведенных достаточно разноплановых исследований подтверждают обоснованность и плодотворность концепции комплексного подхода к изучению свойств - в том числе, оптических - атмосферных аэрозолей. Подобные идеи начали достаточно активно развиваться еше в начале 70 — г. г. (в этой связи можно напомнить работы К. Я. Кондратьева, Л. С. Ивлева и др. ) и получили широкое распространение в последний период. Однако, как правило, под комплексностью подхода имеется в виду необходимость сочетания оптических и микрофизических (прежде всего - измерений дисперсности частиц) исследований. По мнению автора, при проведении такого рода исследований необходимо большее внимание уделять изучению процессов генерации аэрозольных частиц, их трансформации и переноса в условиях атмосферы. Только сочетание экспериментальных и теоретических исследований всего комплекса физико-химических свойств аэрозолей, процессов и механизмов, оказывающих на них воздействие, с методами численного моделирования дает возможность построения цельной и непротиворечивой модели атмосферных аэрозолей. Оптические свойства аэрозолей тесно связаны с другими их физико-химическими свойствами, и соответствующие модели должны учитывать такие связи.

В диссертации рассматриваются и обобщаются результаты исследований, проводившихся автором на протяжении более чем двадцатилетнего периода. За это время многие проблемы получили развитие, некоторые результаты, имевшие при их получении пионерский характер, не только подтверждены, но и широко используются в исследованиях по атмосферной оптике и физике аэрозолей.

Так, при участии автора проводились одни из первых массовых измерений аэрозольного ослабления в атмосфере в зависимости от микроструктуры аэрозолей и синоптических условий, в ходе которых впервые были экспериментально обнаружены эффекты, связанные с проявлением поглощения ИК излучения аэрозолями и детально изучена связь оптических характеристик аэрозолей с влажностью воздуха.

Проведение лабораторных исследований ИК спектров проб атмосферных аэрозолей позволило разработать оригинальную методику определения количества органических веществ в составе аэрозолей, что дало возможность исследовать его временные (сезонные, суточ-

ные) вариации и обоснованно оценить возможный вклад соответствующих частиц в формирование оптических свойств аэрозолей.

На основе экспериментальных исследований и результатов численного моделирования предложены модели оптических постоянных вещества отдельных фракций аэрозолей и оптическая модель аэрозолей приземного слоя атмосферы для области спектра 0,3 + 13 мкх. Эти результаты используются при построении моделей оптических характеристик атмосферных аэрозолей и при исследованиях аэрозолей. Экспериментальные исследования оптических характеристик агломератов малых частиц в связи с закономерностями их структуры, осуществленные впервые, позволили, с одной стороны, в некоторых отношениях уточнить теорию оптических свойств фрактальных кластеров, а с другой - дают возможность более адекватно оценить оптические свойства некоторых типов аэрозолей, уточнить их роль в формировании климата.

Широкое использование представлений и методов теории фрактальных систем в настоящее время следует рассматривать как одно из наиболее эффективных и перспективных направлений исследований.

Научная и практическая ценность работы определяется подробным исследованием процессов, определяющих оптические свойства аэрозолей, комплексными исследованиями оптических и микрофизических свойств аэрозолей при разнообразные условиях.

Значительная часть исследований проводилась в рамках договоров с различными организациями, в настоящее время исследования оптических свойств фрактальных кластеров поддерживаются РФФИ (грант 94-05-17266-а).

Полученные в работе результаты используются при разработке оптических моделей атмосферных аэрозолей и в практической работе отдела физики атмосферы НИИФ СПбГУ.

Достоверность и апробация полученных результатов.

Основные результаты, обуждаемыа в диссертации, отражены в двух монографиях, 39 научных работах, опубликованных в центральных и зарубежных журналах, тематических сборниках, изданных центральными издательствами, неоднократно докладывались на научных совещаниях и конференциях, в том числе на Всесоюзных Совещаниях по оптике атмосферы и по распространению дазерного излучения в атмосфере (Томск, 1978-83, 1991 г.г.), Всесоюзном совещании по загрязнению воздуха (1980), на конференциях по распространению

излучения в дисперсных средах (1978), Российской (Москва, 1993) и Международной (Москва, 1994) аэрозольных конференциях, I и II Межреспубликанских симпозиумах по оптике атмосферы и океана (Томск, 1993, 1995) и др. Отдельные вопросы, рассматриваемые в диссертации, докладывалось и обсуждалось на семинарах в НИИФ СПбГУ, НИИКИ ОЭП, ВНО ГОИ им. С. И. Вавилова, ИОА РАН и др..

Достоверность представленных в них результатов подтверждается сравнением с более поздними независимыми исследованиями российских и зарубежных авторов, хорошим согласием оптических, микрофизических и расчетных данных.

Определенные уточнения некоторых экспериментальных оценок, переосмысление ряда гипотез и выводов, сделанных на начальных стадиях исследований представляются естественными и, в некоторых случаях, производились при участии автора. Так, при реализации цикла исследований ИК спектров проб атмосферных аэрозолей, в процессе исследований заметно трансформировалась оценка автором роли органических веществ в составе аэрозолей в формировании их оптических свойств.

Структура и содержание диссертации.

работа состоит из введения, шести глав, в которых излагается основной материал и заключения. Часть полученных результатов, представляемых в табличном виде, вынесена в приложение. Диссертация содержит 333 стр. , в том числе 65 рисунков, 24 таблицы, 293 наименований библиографических ссылок.

II. Содержание работы

Во введении обосновывается выбор темы диссертации, ее актуальность, кратко оценивается современное состояние проблемы и формулируются основные задачи описываемых в ней исследований.

В соответствии с общей направленностью работы - комплексные исследования оптических свойств аэрозолей - рассматриваемые в диссертации проблемы имеют достаточно разноплановый характер и условно могут быть подразделены на четыре, в определенном смысле достаточно самостоятельные, но тесно взаимосвязанные группы, в каждой из которых анализируется определенный круг вопросов:

1) экспериментальные исследования оптических свойств аэрозолей в натурных условиях;

2) исследования ИК спехтроз пропускания проб атмосферных аэроз олей;

3) моделирование оптических характеристик атмосферных аэрозолей ;

4) исследования оптических характеристик агломератов частиц в зависимости от параметров их фрактальной геометрии и использование представлений теории фрактальных систем в исследованиях оптических свойств аэрозолей и некоторых физических процессов, влияющих на эти свойства.

Первые три группы проблем охватывают основные направления оптики аэрозолей, интенсивно развивающиеся в последние десятилетия; есть основания полагать, что четвертая связана с одним из наиболее перспективных направлений в исследованиях разнообразных физико-химических - в том числе, оптических - свойств аэрозолей в ближайшие годы.

Перечисленные группы проблем достаточно полно отражают основные направления исследований автора.

Первую тематическую часть образуют главы 1-11, которые посвящены экспериментальным исследованиям оптических характеристик аэрозолей в ИК области спектра.

Ло рубежа 50 - 60 — г.г. предполагалось, что вклад аэрозолей в формирование оптических свойств атмосферы в ИК области спектра сводится к рассеянию излучения, которое при X а (з +5) мкм пренебрежимо мало. Впервые предположение о, возможно, существенной роли аэрозолей в ослаблении ИК излучения атмосферой было высказано а 1951 году Гебби в связи с обнаружением корреляции спектрального пропускания атмосферы в ИК диапазоне с видимостью. В этот период основной задачей экспериментальных исследований являлось измерение коэффициентов поглощения Н20 в области «окон прозрачности» атмосферы, но параллельно исследователи начали обращать внимание на компоненту атмосферного ослабления, не зависящую от содержания водяного пара. Нескольким группам исследователей (в составе одной из них довелось принять участие автору) удалось экспериментально доказать, что в области окна прозрачности 8 - 13 мкм аэрозольное ослабление может быть сравнимо с поглощением атмосферных газов. В течение длительного периода исследования закономерностей спектрального пропускания в ИК диапазоне занимали одно из центральных мест в экспериментальной оптике атмосферы. Несмотря на высокую активность исследователей ведущих стран мира

1 л

и самые серьезные усилия, в этой области исследований до настоящего времени остается ряд нерешенных вопросов. Одним из следствий такой ситуации является противоречивость экспериментальных оценок оптических характеристик аэрозолей в условиях реальной атмосферы. Некоторые из существующих проблем рассматриваются в главе I; особое внимание уделено проблемам континуального поглощения НгО и разделения атмосферного ослабления на компоненты [раздел 1.2), обеспечения оптических исследований необходимой информацией о состоянии атмосферы (раздел 1.3).

Важно отметить, что, несмотря на отсутствие общепринятых представлений о природе и свойствах континуального поглощения водяного пара - основной, наряду с аэрозольным ослаблением, составляющей ослабления излучения атмосферой в области «окон прозрачности» ИК диапазона - оценки поглощения Н20 на основе различных гипотез дают - при условиях, наиболее часто наблюдающихся в атмосфере - близкие величины, что и обуславливает возможность использования результатов оптических измерений в натурных условиях для оценки оптических свойств аэрозолей.

Глава II посвящена анализу экспериментальных данных об аэрозольном ослаблении и обнаруживающихся закономерностей аэрозольного ослабления в условиях реальной атмосферы.

Значительная (можно сказать - основная) часть такого рода экспериментальных данных была получена на протяжении 70 — г. г. несколькими группами исследователей в СССР (группы, работавшие под руководством A.M. Броунштейна в ГГО, Г.В. Розенберга, М. С. Налкевича и В. И. Дианова-Клокова в ИФА АН СССР, В. Л. Филиппова в ГИПО, объединенный коллектив ИОА СО АН СССР и НИИФ ЛГУ, руководимый В.Е. Зуевым, М.В. Кабановым и Л. С. Ивлевык (дальнейшие исследования ИОА по рассматриваемой тематике посвящены, преимущественно, изучению дымок аридной зоны и прибрежных дымок); несколько раньше обширный цикл подобных исследований провели сотрудники НИИФ ЛГУ под общим руководством К. Я. Кондратьева). Хотя в процессе исследований практически постоянно осуществлялся обмен информацией и достаточно регулярно проводились обсуждения методических вопросов, получаемых результатов и их оценок с точки зрения теории, выработать единые подходы к исследуемой проблеме не удалось. Несколько утрируя сложившуюся ситуацию, можно отметить, что каждый коллектив подходил как к задачам измерений, так и к оценке получаемых результатов со своих позиций (такая ситуация в значи-

тельной степени отражала существовавшее в мировой науке того периода неоднозначное мнение о природе и свойствах ослабления в ИК «окнах прозрачности» атмосферы). Полностью признавая право - и даже обязанность - каждого исследователя иметь собственное мнение по обсуждаемым вопросам, необходимо подчеркнуть, что в данном случае отсутствие скоординированной позиции привело к тому, что каждая группа исследователей использовала свои методики измерений, обработки и интерпретации результатов. Не вызывает удивления, что полученные результаты оказались не только противоречивы, но, во многих случаях, и трудно сопоставимы.

Значительное количество работ посвящено анализу статистических характеристик как результатов отдельных циклов оптических исследований оптических характеристик атмосферных аэрозолей, так и всего массива экспериментальных оптических данных. Представляется, что нет необходимости повторять подобные исследования, поэтому, учитывая их выводы, в данном случае автор ограничивается рассмотрением имеющихся данных с точки зрения их непротиворечивости и соответствия результатам микрофизических исследований аэрозолей. В разделах 2. 1 - 2. 4 предпринята попытка такого анализа и обобщения закономерностей аэрозольного ослабления в натурных условиях, обнаруживающихся по экспериментальным данным.

При всей противоречивости экспериментальных данных и при обнаруживающихся различиях в их интерпретации отдельными исследователями, представляется справедливым вывод об объективном характере ряда обнаруживающихся закономерностей - основные особенности спектральной структуры, временная (сезонная и суточная) изменчивость, связанная с соответствующей перестройкой функции распределения частиц по размерам, связь аэрозольного ослабления с влажностью воздуха, - что дает возможность обоснованно обсуждать их физические причины. Представляется важным подчеркнуть, что любые выводы о природе обнаруживаемых закономерностей на основании только результатов оптических измерений имеют предположительный, гипотетический характер. Выявить их истинную природу, произвести обобщение в крайней степени противоречивых экспериментальных оптических данных возможно только при их постоянном сопоставлении с результатами микрофизических исследований и расчетных оценок (раздел 2. 5).

Глава III посвящена другому направлению экспериментальных исследований - здесь рассматриваются метопы и результаты изучения

ИК спектров пропускания проб аэрозолей в лабораторных условиях. Подобные исследования проводятся, как правило, с целью определения оптических постоянных вещества аэрозольных частиц (эти данные необходимы для корректного расчета оптических характеристик при численном моделировании).

ых

Интерес к такого рода исследованиям возник в начале 70 — г. г. , когда произошло осознание значимости эффектов, связанных с поглощением излучения атмосферными аэрозолями, и лаборатория физики аэрозолей была одним из инициаторов подобных исследований (цикл работ Л. С. Ивлева и С.И. Поповой). Работы автора (в значительной степени - совместно с Л.С. Ивлевым) в данном направлении явились естестественным продолжением и развитием исследований начального этапа и были направлены, преимущественно, на изучение особенностей состава и оптических постоянных отдельных фракций аэрозольных частиц (разделы 3.2, 3.2). Такая специфика решаемых задач потребовала отработки методов измерения оптических характеристик образцов диспергированного вещества, разработки методик и аппаратуры для фракционирования аэрозолей по размерам н по составу частиц.

Основными результатами проведенных исследований явились выявление различий регистрируемых спектров пропускания отдельных фракций частиц, однозначно и чрезвычайно наглядно свидетельствующих о различиях их состава (эти данные хорошо согласуются с выводами на основе микрофизических измерений), и разработка моделей оптических констант вещества основных фракций атмосферных аэрозолей (раздел 3. 3).

Методы ИК-спектрометрии могут рассматриваться, как достаточно мощное средство изучения состава аэрозолей и отдельных фракций частиц (раздел 3.2). Исследования спектров поглощения органических веществ в составе аэрозолей позволили не только оценить вклад соответствующих частиц в аэрозольное ослабление, но и выявить закономерности сезонной и суточной изменчивости концентрации подобных частиц в приземном слое и обосновать гипотезу о происхождении и эволюции подобных частиц.

В главе IV рассмотрена другая группа проблем, анализируемых в диссертации - вопросы, связанные с моделированием оптических характеристик атмосферных аэрозолей. Анализируется состояние проблемы и сформулированы представления автора о задачах, принципах построения и применимости оптических моделей (разделы 4. 1 -

4.2). Традиционно сложившееся представление о модели, как наборе значений оптических характеристик аэрозолей, тем или иным образом сопоставленных с определенной ситуацией в атмосфере, с одной стороны, не позволяет охватить все возможные ситуации, а с другой -во многих случаях затрудняет применение модели, прежде всего, в связи с отсутствием сколько-нибудь строгих критериев различения отдельных ситуаций. Источником данных для построения оптических моделей являются либо массивы результатов экспериментальных оптических измерений в натурных условиях (как следует из изложенного в главах I и II, подобные данные по объективным причинам не отличаются ни полнотой, ни надежностью), либо результаты численных расчетов (в этом случае задача оценки оптических свойств аэрозолей при определенных условиях в атмосфере, фактически, подменяется другой, не менее сложной задачей оценки состояния аэрозолей при различных условиях), и между этими основными направлениями в моделировании существует значительный разрыв. Только комплексное использование современных данных об оптических и микрофизических свойствах аэрозолей, о физических процессах, определяющих их трансформацию в условиях атмосферы, позволяет приблизиться к решению задачи о построении достаточно полной и надежной оптической модели аэрозолей.

Сама модель оптических характеристик аэрозолей при этом представляется в виде банка исходных данных (состав и микроструктура аэрозолей), рекомендаций по их трансформации в зависимости от условий в атмосфере и набора алгоритмов и конкретных программ, позволяющих рассчитать требуемые оптические характеристики. Решение подобной задачи в полном виде в настоящее время вряд ли возможно, но для условий приземного слоя, как показано в разделе 4. 2, такой подход может быть успешно реализован.

В соответствии с используемым блочным принципом построения модели подробно рассматриваются вопросы выбора отдельных параметров, определяющих оптические свойства аэрозолей к описания механизмов трансформации аэрозолей (раздел 4.3).

Раздел 4. 4 посвящен описанию модели оптических характеристик аэрозолей приземного слоя атмосферы в области спектра О, 3 - 15 мкн. Эта модель разработана в лаборатории физики аэрозолей и в течение ряда лег успешно применяется при решении разнообразных задач оптики атмосферы. При построении модели широко привлекаются как результаты численных расчетов оптических характеристик аэро-

золей на основе задания моделей микроструктуры и состава отдельных фракций частиц, так и экспериментальные оптические данные. Благодаря параметризации зависимости концентрации частиц отдельных фракций аэрозолей от метеорологической дальности видимости и относительной влажности воздуха, удалось построить достаточно гибкую, в определенном смысле - универсальную, и в то же время простую модель. Некоторые результаты ее применения описаны в разделе 4.4.3 (необходимо отметить, что имеющийся опыт использования модели выявил и определенные ограничения возможностей ее применения) .

Во многих случаях аэрозольные частицы представляют агломераты, состояшие из множества отдельных, малых по сравнению с размерами всей системы, частиц. Для изучения и описания различных физико-химических свойств такого рода агрегатов в последние годы успешно применяется теория фрактальных систем, развитие которой некоторые исследователи считают крупнейшим достижением науки во второй половине XX века. Включившись несколько лет назад в подобные исследования, коллектив лаборатории убедился в эффективности и перспективности использования фрактального подхода при изучении атмосферных аэрозолей, в частности - оптических свойств некоторых форм аэрозолей. Некоторые аспекты теории фрактальных систем и ее применения в исследованиях атмосферных аэрозолей, в первую очередь - их оптических свойств, рассматриваются в главах V, VI.

При изложении результатов исследований автор стремился избегать сколько-нибудь подробных специальных обзоров и теоретических введений в рассматриваемые проблемы, но в данном случае, учитывая, что теория фрактальных систем - сравнительно новое направление в науке, ее основные принципы, как и возможности приложения к исследованиям аэрозолей мало известны специалистам в области физики атмосферы и I атмосферной оптики, раздел 5.1 представляет краткое описание фрактальных систем, их основных свойств и отличий от традиционных физических объектов. В разделе 5.2 излагается теория оптических свойств фрактальных кластеров [1] (раздел 5.2.1) и ее модификация (раздел 5.2.2), проведенная с целью лучшего описания результатов экспериментальных исследований оптических свойств агрегатов с фрактальной структурой (раздел 5.3).

Особенности оптических свойств фрактальных кластеров обусловлены когерентностью рассеяния излучения на отдельных малых частицах, образующих агломерат (их обычно называют мономерами,

хотя на практике существует определенная полидисперсность). Подобный эффект приводит к резкому изменению оптических характеристик агломерата по сравнению с соответствующими характеристиками аналогичной системы независимых малых частиц. Так, если о^1' и о3 - сечения рассеяния малой частицей радиусом а и агломератом, состоящим из N таких частиц (его .размер Я = и фрактальная размерность О), то можно получить [1]:

= = 1 + _ X

(1) 2 °3 (2-0)-(0-1)-Х

{1-0/2

(I + X* ]-Соз[[(2-0)-ахсЬд XV

( 1 ).

Здесь - фактор усиления рассеяния (фактор когерентного рассеяния), X = 2кЯ/\ О- (0+1), к = 2лА.

Таким образом, при малых значениях X сечение рассеяния агломерата в N раз превышает суммарное сечение системы N независимых малых частиц, а при X » 1, в зависимости от значения фрактальной размерности агломерата О, либо происходит своего рода насыщение, когда сечение не зависит от размеров агломерата, либо оно неограниченно растет.

Аналогичным образом можно получить выражение для сечения поглощения, которое оказывается соответствующим суммарному сечению поглощения системы независимых малых частиц.

Как видно из (1), оптические характеристики агломерата отличаются и от соответствующих характеристик массивной частицы радиусом Я

Выражение (1) получено при определенных предположениях о взаимном расположении частиц-мономеров, которое описывается с.помощью так называемой парно-корреляционной функции, и при пренебрежении эффектами многократного рассеяния излучения на частицах внутри агломерата (по терминологии [1], хотя говорить о специальном учете многократного рассеяния в рамках теории [1] физических оснований нет).

Экспериментальные исследования зависимости оптических характеристик модельных образцов, имеющих фрактальную структуру, от структурных параметров (раздел 5.3) показали, что выражения типа (1) не всегда позволяют описать наблюдающиеся закономерности. Наблюдаемые различия между экспериментальными результатами и теоре-

тическими (на основе [1]) оценками могут быть связаны со слабой обоснованностью используемых авторами [1] приближений.

Проведенный анализ теории [1] показал, что учет введенной в [1] поправки на многократное рассеяние может, в зависимости от конкретных значений характеристик агломерата (размеры агрегата, фрактальная размерность) и частиц-мономеров (относительный размер мономеров, значения оптических постоянных, их соотношение), приводить как к увеличению, так и к уменьшению сечений.

Рассмотрено также влияние конкретного вида парно-корреляционной функции на значения факторов фрактального усиления, причем используются более реалистические, по сравнению с рассматриваемым в [1], с точки зрения современных представлений, выражения. Основные особенности оптических характеристик фрактального агломерата при изменении вида парно-корреляционной функции ( плотности распределения вероятности расстояния между парой мономеров в составе агломерата) сохраняются, но, в зависимости от ее конкретного вида проявляются те или иные особенности. Так, использование степенного представления парно-корреляционной функции приводит к возникновению осцилляций факторов усиления рассеяния и направленного светорассеяния в области больших размеров агломератов, что согласуется с результатами эксперимента.

Как отмечено выше, оптические характеристики агломерата, структура которого описывается законами фрактальной геометрии, существенно отличаются от соответствующих характеристик как системы малых независимых частиц (частиц-мономеров), так и эквивалентных (по массе или по геометрическим размерам) массивных сплошных частиц. На чисто эмпирическом уровне подобный эффект хорошо известен для, например, частиц дымов. Если альбедо однократного рассеяния малой сажевой частицы не превышает (в видимой области спектра), как правило, величины 0,02 - 0,03, то для частиц дымов разных типов достигаются значения 0,2 - 0, 4 и больше. Только появление теории фрактальных систем позволило качественно объяснить подобный эффект.

Важная роль, которую дымы разного типа, являющиеся одной из основных компонент аэрозольного загрязнения атмосферы во многих антропогенных и естественных процессах, играют в формировании радиационного режима атмосферы, в значительной степени стимулировала развитие исследований оптических сзойств фрактальных агрегатов. В то же время, частицы сажи, оптические постоянные которой

крайне слабо селективны в широкой области спектра, являются удобной моделью для теоретических и экспериментальных исследований (можно отметить, что теория [1] разрабатывалась именно с целью описания оптических свойств частиц дымов).

На основе теории оптических свойств фракталов [1] с учетом произведенных уточнений рассчитаны оптические характеристики таких- специфических форм аэрозолей, как дымы, и предлагаются соответствующие модели (раздел 5.4).

Расчеты проведены для широкой области спектра 0,3 - 15 мкм, и поверхностный формальный подход к анализу их результатов может привести к парадоксальному выводу - зависимость оптических характеристик агломератов от их фрактальной структуры является определяющей в области спектра К s (2 - 3) мкм (в зависимости от размеров структурных частиц-мономеров), ощутима в диапазоне до X s (В - 8) мкм и практически исчезает в длинноволновой области. Реально эффект проявляется во всем спектральном диапазоне, но при X. а 8 мкм, при размерах частиц-мономеров а * (0.005 - 0,05) мкм и значениях комплексного показателя преломления сажи в ИК области рассеяние практически неощутимо - альбедо однократного рассеяния А " 10~6 для мономеров и А =» 10"2+ 10~3 для агломератов (можно напомнить, что, в соответствии с (1), сечение рассеяния агломерата из N малых частиц в N раз превосходит суммарное сечение системы N независимых малых частиц, а при а (0.005 - 0,05) мкм частицы в области спектра X г 8 мкм соответствуют релеев-ским). В то же время, только теория оптических свойств фрактальных агломератов позволяет описать такое существенное различие оптических свойств дымов в видимой и ИК областях спектра.

Глава VI посвящена рассмотрению возможных применений теории фрактальных систем в физике аэрозолей и оптике атмосферы (в соответствии с результатами исследований, проводящихся в лаборатории физики аэрозолей) и описанию результатов исследований. Основное внимание при изложении этих вопросов, как и во всей работе, уделяется исследованиям непосредственно оптических свойств аэрозолей (измерения ИК спектров проб аэрозолей, анализ временных рядов результатов оптических измерений в натурных условиях, гипотетическая модель оптических характеристик некоторых типов вулканических и высотных аэрозолей), но затрагиваются и некоторые смежные проблемы, часть из которых на уровне традиционных классических представлений рассматривалась раньше, в главах III, IV.

В отличие от рассмотренного в основной части диссертации, изложение в данной главе имеет, преимущественно, иллюстративный,

в некоторых случаях - полукачественный характер. Это обусловлено как тем обстоятельством, что результаты экспериментальных исследований. например, аэродинамических и адсорбционных свойств аэрогелей (такого типа данные представляют несомненный интерес при численно-теоретическом моделировании оптических характеристик аэрозолей средней и верхней атмосферы) имеют, по-существу, предварительный характер, так и тем, что обсуждаемая в разделе 6. 4 модель оптических свойств высотных аэрозолей основывается на гипотетических предположениях о составе и структуре соответствующих частиц. Тем не менее, как представляется, подобное рассмотрение целесобразно, поскольку наглядно демонстрирует перспективность и возможные конкретные области применения нового для физики аэрозолей направления - теории фрактальных систем.

В процессе изложения материала в каждой главе формулируются основные выводы по рассматриваемым проблемам; некоторые из результатов и вспомогательных данных, представленные в табличной форме, вынесены в Приложение. Здесь приведены модели оптических постоянных вещества основных фракций аэрозолей, параметры модели оптических характеристик аэрозолей приземного слоя атмосферы, некоторые результаты моделирования оптических характеристик дымов и аэрозолей средней и верхней атмосферы.

В заключении формулируются результаты проведенного комплекса исследований и основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты экспериментальных оптических исследований в натурных условиях свидетельствуют о существовании устойчивой спектральной структуры аэрозольного ослабления в ИК области спектра, зависимости аэрозольного ослабления от состояния атмосферы (прежде всего - от влажности воздуха), определенных временных (сезонных, суточных) вариаций аэрозольного ослабления и проч. Детальное исследование обнаруживаемых при подобных измерениях эффектов, их интерпретация и количественное описание возможны только при привлечении к совместному комплексному анализу результатов микрофизических исследований и численно-теоретического моделирования оптических характеристик аэрозолей.

2. Методами ИК-спектрометрического анализа проб атмосферных аэрозолей в составе аэрозолей обнаруживается присутствие нескольких фракций частиц, различающихся по своим оптическим свойствам.

Оценки состава и дисперсности выделяемых таким образом фракций хорошо согласуются с результатами микрофизических исследований.

3. Методами ИК-спектрометрии удалось выявить в составе аэрозолей фракцию высокодисперсных (г < 0,07 нкм) частиц, состоящих из органических веществ. Оценен состав этой фракции аэрозолей, на основе предложенной методики исследованы временные (суточные и сезонные) вариации содержания органических веществ в составе аэрозолей. Анализ состава фракции, зависимости концентрации органических вешеств от условий в пунктах наблюдений позволяет обосновать гипотезу о фотохимическом происхождении частиц и высокой устойчивости их состава, вне зависимости от конкретного источника первичного загрязнения атмосферы.

4. Предложенные модели оптических постоянных вещества частиц отдельных фракций атмосферных аэрозолей, учитывающие различие их происхождения и состава, позволяют оценить трансформацию оптических свойств аэрозолей при различных условиях; в то же время представляется возможность использования традиционных методов ИК-спектрометрии для изучения состава аэрозолей (эти возможности ограничиваются критерием чувствительности метода и необходимостью получения проб аэрозолей из больших - - 50 м3 - объемов)..

5. Основную роль в формировании оптических свойств приземного слоя атмосферы в ИК области спектра играют три основные фракции частиц, различающиеся по размерам и составу. Вариации их концентрации, определяющиеся мезомасштабными процессами в атмосфере (что подтверждается установлением достаточно четкой связи между концентрациями частиц отдельных фракций и параметрами состояния атмосферы), определяют изменчивость аэрозольного ослабления.

6. При моделировании оптических свойств аэрозолей (в первую очередь - в условиях приземного слоя) особое внимание необходимо обращать на корректный учет грубодисперсной фракции аэрозолей. Частицы этой фракции при относительно низкой концентрации дают -в зависимости от их конкретных свойств - существенный вклад в коэффициенты аэрозольного ослабления (преимущественно, за счет высокой рассеивающей способности), а их концентрация и состав определяются, главным образом, локальными процессами (наличие локальных промышленных источников, транспорт, влияние подстилающей поверхности и проч.); при использовании традиционных метов исследования микроструктуры аэрозолей их концентрация в воздухе определяется крайне ненадежно.

7. Мелкодисперсные частицы, состоящие из органических веществ, существенного вклада в оптические характеристики аэрозолей

в ИК области спектра не вносят, хотя их концентрация в зависимости от сезона, условий освещенности и наличия локальных источников может изменяться в реальных условиях более чем на порядок величины. В то же время, частицы данной фракции могут оказывать опосредствованное влияние на формирование оптических свойств аэрозолей, активно участвуя в процессах трансформации аэрозолей при их взаимодействии с атмосферным водяным паром.

8. При оценке оптических свойств агломератов малых частиц необходимо учитывать закономерности их внутренней структуры, которая описывается на основе фрактальной геометрии. Экспериментальные исследования оптических характеристик модельных аэрогелей на основе малых (г0 » 0,01 + 0,02 мкм) частиц сажи и численное моделирование оптических характеристик дымов, частицы которых можно рассматривать, как ярко выраженный пример фрактального кластера, свидетельствуют, что использование при описании оптических характеристик такого рода образований модели сплошной массивной частицы возможно только в узких спектральных диапазонах, причем радиус модельной частицы не соответствует размерам реального агломерата.

9. Возможности более корректного описания оптических характеристик агломератов малых частиц на основе теории оптических свойств фрактальных кластеров обуславливают необходимость определенной переоценки роли некоторых специфических типов атмосферных аэрозолей (дымы, некоторые типы аэрозолей средней и верхней атмосферы, вулканические аэрозоли, возможно - некоторые формы аэрозолей промышленного происхождения) в формировании радиационного режима атмосферы.

10. Использование представлений и методов теории фрактальных систем перспективно не только в плане оценки оптических характеристик некоторых типов аэрозолей, но и при исследованиях и моделировании ряда физических процессов, которые непосредственно воздействуют на состав, структуру и оптические свойства атмосферных аэрозолей. Так, численное моделирование оптических характеристик средней и верхней атмосферы - областей атмосферы, для которых массив экспериментальных оптических данных крайне ограничен - основываются, преимущественно на теоретических оценках эффективности конденсации и последующей коагуляции аэрозольных частиц, ско-

рости их седиментационного осаждения, времени жизни. Все эти процессы описываются в рамках теории фрактальных систем, и такой подход в ряде случаев оказывается весьма эффективен.

В ходе исследований получен ряд конкретных результатов; основные из них рассмотрены выше.

Публикации по теме диссертации.

Основные результаты исследований, обсуждаемые в диссертации, опубликованы в следующих печатных научных работах:

1. Бадинов и.Я. , Андреев С. Д. Прозрачность земной атмосферы и разделение оптической толщины на компоненты в инфракрасной области спектра 8 - 13 нк II Пробл. физ, атмосф. , 1965, вып. 3, Л., ИЗД. ЛГУ, С. С. 160-173.

2. Кондратьев К.Я., Бадинов и.Я., Ащеулов С.В., Андреев С. Д. Апаратура для наземных и аэростатных исследований инфракрасного спектра поглощения и теплового излучения атмосферы земли II Изв. АН СССР, «АО, 1965, T.1, N 2, с. С. 175-192.

3. Кондратьев К.Я., Бадинов Ц.Я., Ащеулов С. В., Андреев С. Д. Нкоторые результаты наземных исследований инфракрасного спектра поглощния и теплового излучения атмосферы земли II Изв. АН СССР, «АО, 1965, т.1, N4, с. с. 363-376.

4. Kondratyev К.Ya., Badinov I.Ya., Andreev S.D. et al Atmospheric optics investigations on Mt. Elbrus // Appl. Opt., 1965, v. 2, N 9 , p.p. 1227-1238.

5. Бадинов и.Я., Андреев С.Д., Липатов В.Б. Некоторые результаты наземных спектроскопических исследований влагосодержания толщи атмосферы // Пробл. фиэ. атмосф., 1966, вып. 4, Л., изд. ЛГУ, с. с. 54-64.

6. Kondratyev К.Ya., Nicolskiy G.A. , Badinov I.Ya.} Andreev

5.D. Direct solar radiation up to 30 km and stratification of attenuation components in the atmosphere II Appl. Opt., 1967, v.

6, N 2, p.p. 197-207.

7. Андреев С.Д., Покровский А. Г. Сравнение расчетных инфра-красых спектров И¡0 и С02 с данными лабораторных измерений // Изв. АН СССР, «АО, 1968, Т. 4, N 11, с. с. 1169-1178.

8. Андреев С.Д., Гальцев А.П. Поглощение инфракрасного излучения водяным паром в окнах прозрачности атмосферы // Изв. АН СССР, 1970, «АО, т. 6, N 10, с. с. 1059-1063.

9. Андреев С. Д., ивпев Л. С., Янченко Е.Л. Оптические характеристики атмосферного аэрозоля в ближней ИК области спектра //

Пробл. фиэ. атмосф., 1971, JI. , изд. ЛГУ, вып. 9, с. с. 48-58.

10. Андреев С. Д., Зуев В.Е., ивпев Л. С. и др. К вопросу об изменении спектральной прозрачности атмосферы в видимой и ИК области спектра // Изв. АН СССР, ФАО, 1972, т. 8, N 12, с. С. 12611267.

11. Андреев С.Д., ивпев Л.С., Янченко Е.Л. Некоторые вопросы вертикального профиля коэффициента аэрозольного ослабления в атмосфере для диапазона длин волн О, 5 - 6 мкм II Иэв вузов СССР, сер. "Физика", 1972, N 5, С. с. 98-104.

12. Андреев С. Д., Зуев В. Е. , ивпев Л. С. и др. Об энергетическом ослаблении видимого и инфракрасного излучения атмосферными дымками II X Всесоюз. конф. по распространению радиоволн. Тезисы докладов., 1972, Иркутск, с. с. 170-173.

13. Андреев С.Д., Ивпев Л.С., Поберовский A.B. Аэрозольное ослабение радиации в окне прозрачности 8-13 мкм // Изв. АН СССР, ФАО, 1974, Т. 10, N 10, с. С. 1104-1107.

14. Андреев С. Д., ивпев Л. С., Кабанов М. В. , Пхапаго в Ю. А. Влияние относительной влажности на аэрозольное ослабление оптической радиации в атмосфере II Иэв вузов, сер. "Физика", 1974, N 5, с. с. 54-57.

15. Андреев С. Д., ивпев Л. С., Попова C.U. , Пхалагов В. А. Влияние относительной влажности на аэрозольное ослабление оптической радиации в атмосфере, II // Деп. ВИНИТИ N 3228-74, 1974.

16. Андреев С.Д., ивпев Л.С., Спажакина Н.К., Янченко Е.Л. Пространственно-временные вариации оптических свойств атмосферы, обусловленные взаимодействием атмосферного аэрозоля с полем влажности II Меторологич. исследования, 1975, вып. 22, с.с. 34- 49.

17. Андреев С. Д. Сравнение расчетных методов определения спектрального пропускания водяного пара в области 8+13 мкм II Пробл. фиэ. атмосф. , 1976, вып. 13, Л. , изд. ЛГУ, с. с. 87-96.

18. Андреев С. Д., ивпев Л. С. Органические вещества, поглощающие инфракрасное излучение, в составе атмосферных аэрозолей II Материалы Всеоюэн. совещ. по распространению оптического излучения в дисперсной среде. Тезисы докладов. , 1978, ч. I, М. , "Наука", с. с. 112-115.

19. Андреев С.Д., Биненко B.U., Жуков В.М. и др. Аэростатные измерения в совместных экспериментах 1975-1976 гг. // Гл. 2 в

кн. : Атмосферный аэрозоль и его влияние на перенос излучения (под ред. Кондратьева К.Я. ), 1978, Л., Гидрометеоиздат, с.с. 15-39.

20. Аднашкин В. Н, Андреев С. Д., Анодин М.Т. и др. Наземные измерения по программе совместного эксперимента 1975 г. // Гл. 4 в кн. : Атмосферный аэрозоль и его влияние на перенос излучения (под ред. Кондратьева К. Я. ) , 1978, Л., Гидрометеоиздат, с. с. 5380.

21. Лнареев С.Д., ив пев Л, С. Поглощение ИК излучения отдельными фракциями атмосферных аэрозолей // Изв. АН СССР, ФАО, 1980, Т. 16, N 9, С. С. 907- 916.

22. Андреев С.Д., ивлев Л.С. Оптические свойства аэрозолей приемного слоя в инфракрасной области спектра // II Совещ, по ат-мосф. оптике. Тезисы докладов, 1980, т: I, Томск, "Наука", с. с. 110-111.

23. Андреев С. Д., Белякова В.Н., ивлев Л.С. и др. Результаты измерения органических веществ в составе аэрозолей в приземном слое атмосферы ИК-спектроскопическим и люминесцентным методами // Всесоюэ. совещ. по загрязнению воздуха. Тезисы докладов, 1980, Киев, с. с. 41-43.

24. Андреев С. Д. Оптические характеристики органических аэрозолей на частотах лазерного зондирования в инфракрасной области спектра // VI Всесоюэ. симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере. Тезисы докладов, 1S81, ч. I, Томск, с. с. 100-102.

25. Андреев С. Д. Изменчивость содержания органических веществ в составе атмосферных аэрозолей // Пробл. физ. атмосф. , 1982, ВЫП. 17, Л., ИЗД. ЛГУ, с. С. 135-141.

26. Андреев С.Д., ивлев Л.С. Роль органических аэрозолей в ослаблении ИК излучения атмосферой // Изв. АН СССР, ФАО, 1Э82, т. 18, N 7, С. С. 727- 731.

27. Андреев С.Д., ивлев Л.С., исаев Г.С. 0 сезонной и суточной изменчивости концентрации органической компоненты аэрозолей II III Всесоюзн. совещ. по атмосферной оптике и актинометрии. Тезисы докладов, 1983, ч. 1, Томск, с. с. 101 -103.

. 28. ивлев Л.С., Андреев С.Д. Оптические свойства атмосферных аэрозолей. 1986, Л. , изд. ЛГУ, 359 е..

29. Андреев С.Д. ИК спектры поглощений и состав частиц отдельных фракций атмосферных аэрозолей II Изв. АН СССР, ФАО, 1987, Т. 23, N 12, с. с. 1315-1322.

30. Андреев С. Д. Оптические константы вещества отдельных фракций атмосферных аэрозолей в области спектра 0,3- 15 мкм II

Пробл. фиэ. атмоф. , 1989, вып. 19, Л., изд. ЛГУ, с. с. 157-162.

31. Vasilyev О.В., ñndreev S.D., Konde Lai, Leyva-Kontreras A. Variations of the outgoing radiation due to the variability of the properties of atmospheric aerosols // Atmosfera, 1993, t. 6, N 4, p.p. 215-222.

32. Андреев С.Д., Михайлов E.Í., Киселев А.А. Оптические характеристики агрегатов с фрактальной структурой - Российская аэрозольная хонф. Тезисы докладов, 1993, И. , с. 59.

33. Андреев С.Д., Михайлов Е.$., Киселев А, А. Оптические характеристики агрегатов с фрактальной структурой на основе сажи // Пробл. фиэ. атмосф. , 1995, Л. , изд. ЛГУ, вып. 20, с. с. 222-229.

34. Андреев С. Д. К вопросу об интерпретации ИК спектров пропускания проб аэрозолей. // Пробл. фиэ. атмосф. , 1995, Л. , ИЗД. ЛГУ, ВЫП. 20, С. С. 230-235.

35. Андреев С. Д., ивлев Л. С., Михайлов E.S., Киселев А. А. Оптические характеристики частиц дымов II Оптика атмосф. и океана, 1995, Т. 8, N 5, С. с. 688-693.

36. Андреев С. Д., Цвлев Л.С. Моделирование оптических характеристик аэрозолей приземного слоя атмосферы в области спектра 0,3- 15мкм. I - Принципы построения модели // Оптика атмосф. и океана, 1995, т. 8, N 5, С. с. 788-795.

37. Андреев С.Д., ивлев Л.С. Моделирование оптических характеристик аэрозолей приземного слоя атмосферы в области спектра 0, 3 - 15нкн. II - Выбор параметров модели// Оптика атмосф. и океана, 1995, Т. 8, N 8.

38. Андреев С.Д., ивлев Л.С. Моделирование оптических характеристик аэрозолей приземного слоя атмосферы в области спектра 0,3 - 15чк»г III - Результаты моделирования II Оптика атмосф. к океана, 1995, т. 8, N 8.

39. Андреев С. Д., ивлев Л.С. Оптические свойства дымов // II Межеспубликанскхй симпозиум "Оптика атмосферы и океана". Тезисы докладов. Ч. I, 1995, Томск, И0А СО РАН, с. с. 13-14.

40. Андреев С. Д., ивлев Л.С. Моделирование оптических характеристик аэрозолей верхней атмосферы // II Межреспубликанский симпозиум "Оптика атмосферы и океана". Тезисы докладов. Ч. I, 1995, ТОМСК, ИОА СО РАН, С. 77.

41. Андреев С.Д., Шуков В.М., ивпев Л.С. и др. Аэрозольное ослабление лазерного излучения X - 10,6 мкм // II Межреспубликанский симпозиум "Оптика атмосферы и океана". Тезисы докладов. Ч. I, 1995, ТОМСК, ИОА СО РАН, с. С. 95-96.

Литература

1. Berry H.V. Percival I.G. Optics of fractal clusters such as smoke - Optica Acta, 1986, v. 33, N 5, p.p. 577-591.

Подписано к печати 4.09.95 Заказ 312 Тираж 100 Объем 2 п.л. ГШ СПГУ

199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова,б.