Изложен простой метод пространственно-временной локализации источников приземного аэрозоля, основанный на анализе обратных траекторий. Ключевым параметром метода является производная давления по времени (P't). Положительная величина P't соответствует восходящим воздушным потокам, отрицательная — нисходящим. Критерием источника аэрозоля, образовавшегося в определенном месте у поверхности Земли, считалась ситуация, когда одновременно были выполнены два условия. Первое — воздушная масса находится в приземном слое (ниже 700 мбар). Второе — P't > 20 мбар/ч эквивалентно восходящему потоку со скоростью несколько см/с и более. Последнее соответствует мезомасштабным вертикальным движениям одного знака объемов воздуха с горизонтальными размерами порядка 10–100 км. Оценка 20 мбар/ч взята исходя из анализа всего многолетнего массива (2007–2012 гг.) результатов анализа обратных траекторий для севастопольской станции AERONET. Мы также попытались учесть процесс «удаление аэрозоля с осадками». Критерием такого нисходящего воздушного потока является одно условие P't < −20 мбар/ч. Если это условие выполнялось, то считалось, что атмосферный слой уже не содержит аэрозоль, захваченный ранее восходящими потоками с поверхности Земли. Валидация метода проведена по данным севастопольской станции сети AERONET и спутникового оптического сканера MODIS. На примере пылевого аэрозоля из двух аридных районов было показано наличие связи между районом зарождения аэрозоля и специфическими оптическими характеристиками аэрозоля, наблюдаемыми на севастопольской станции сети AERONET, и особенностью его влияния на результаты стандартной атмосферной коррекции спутниковых измерений, выполненных оптическим сканером MODIS. Результаты работы представляют интерес для специалистов, решающих задачи атмосферной коррекции измерений восходящей яркости на верхней границе атмосферы в видимом диапазоне спектра над водной поверхностью.

В работе рассматриваются причины возникновения гидродинамической неустойчивости подъемно-мачтовых устройств, связанные с взаимодействием изгибных и крутильных колебаний конструкции в потоке жидкости. Подъемно-мачтовое устройство, нагруженное гидродинамическими силами, является неконсервативной (автоколебательной) системой. Для таких систем при определенных сочетаниях параметров системы и скорости внешнего потока (критической скорости) возможны неустойчивые режимы движения. Естественно, возникает вопрос о возможности возникновения такого явления в пределах эксплуатационных скоростей реальных конструкций и разработке соответствующих расчетных методов. Приведены уравнения изгибно-крутильных колебаний подъемно-мачтовых устройств как стержня переменного поперечного сечения, работающего на изгиб и кручение в потоке жидкости. На основе метода комплексных амплитуд предложен алгоритм расчета критической скорости изгибно-крутильного флаттера подъемно-мачтовых устройств, широко использующий возможности современных вычислительных средств. С использованием данного алгоритма на примере реальной конструкции определены комплексные собственные числа, позволяющие судить об устойчивости подъемно-мачтового устройства в потоке жидкости при заданной скорости движения подводного объекта и определять собственные частоты колебаний. Приведены рекомендации, использование которых позволяет повысить порог устойчивости конструкции к изгибно-крутильному флаттеру.

Исследуется функция передачи модуляции амплитудно-модулированного сигнала в морской воде, которая описывает изменение глубины модуляции в зависимости от частоты модуляции и является важнейшим фактором, определяющим качество оптической связи. Проводится сравнение теоретических расчетов с экспериментом, моделирующим перенос излучения в морской воде. Дается краткое описание используемой экспериментальной установки и сред, моделирующих оптические свойства морской воды. Рассчитывается изменение глубины модуляции сигнала при изменении частоты модуляции, угла наблюдения между осями излучателя и приемника и оптического расстояния между источником и приемником. Теоретические расчеты в рамках многокомпонентного подхода в сочетании с малоугловым диффузионным приближением теории переноса излучения проводятся с использованием программного пакета CLIW (Communication with Light In Water). Показано, что теоретическая модель, заложенная в программный пакет CLIW, позволяет удовлетворительно описывать характеристики амплитудномодулированного сигнала и оценивать параметры канала связи в морской воде на достаточно больших оптических расстояниях от источника. Отмечается, что для таких сопоставлений необходимо знать индикатрису рассеяния в достаточно широком диапазоне углов. Впервые экспериментально подтвержден эффект, теоретически предсказанный в 1971 г. и заключающийся в том, что глубинный режим для переменной составляющей сигнала может иметь место лишь для некоторой области частот модуляции. При этом максимум углового распределения яркости для переменной составляющей сигнала имеет место не в направлении «вперед», а при некотором угле наблюдения q > 0°. Положение этого максимума зависит от характеристик среды и частоты модуляции.

Оценка передаточной функции волновода необходима для измерения с заданной точностью приведенной шумности морских объектов и выполнения согласованной фильтрации принятых сигналов для оценки глубины и дальности до объекта в пассивном режиме. В статье анализируются разработанные методики, обсуждается возможность использования различных технических средств для акустической калибровки локальных зон мелкого моря и получения адекватных моделей грунта с оценкой их параметров в зонах расположения приемных антенн, в районе движения или буксировки источника, а также вдоль трассы распространения сигналов. Полученная информация совместно с результатами оценки вертикального распределения скорости звука позволяет дать аналитическое описание передаточной функции волновода в зависимости от расстояния, рабочей частоты, глубин расположения излучателей и приемников. Приводятся результаты сравнения различных методик и экспериментальной оценки параметров модели грунта в однородном и неоднородном волноводах. Обосновываются преимущества применения метода Вигнера для оценки параметров нормальных волн. Выполняется сравнение различных моделей и оценивается их адекватность путем расчета корреляционных соотношений между экспериментальными и теоретическими зависимостями звукового поля, а также путем оценки приведенной шумности с использованием абсолютно калиброванного излучателя, шумность которого была известна. Даются практические рекомендации и обосновываются методы прогноза (предсказания) интерференционной структуры поля и обеспечения состоятельных оценок приведенной шумности.

Получено аналитическое описание традиционного метода «оптимальных частот» для оценки расстояния до шумящего в море объекта. Анализ методической погрешности оценки расстояния позволил получить выражение для составляющей погрешности, обусловленной отсутствием данных о наклоне спектра широкополосного сигнала. Показано, что предельной погрешностью оценки расстояния при неизвестном наклоне спектра сигнала, можно считать значение около шести процентов. Показано, что наряду с традиционной реализацией метода на основании выбора центральной частоты широкополосного фильтра возможна усовершенствованная реализация метода оценки расстояния с одновременной оценкой наклона спектра широкополосного сигнала путем оптимизации вида амплитудно-частотной характеристики фильтра. Анализ экстремума полученной функции показал его слабо выраженный характер. Практическая значимость каждого из вариантов по критерию минимальной погрешности оценки расстояния может быть определена после дополнительных теоретических и экспериментальных исследований, направленных на выявление и сравнение помехоустойчивости методов в зависимости от параметров источника сигнала, параметров среды распространения сигнала и параметров приемного тракта гидролокатора.

Рассматриваются основные особенности сезонных и межгодовых изменений биооптических характеристик поверхностного слоя вод Баренцева, Белого, Черного и Каспийского морей по данным нового выпуска электронного атласа «Bio-optical characteristics of the Russian seas from satellite ocean color data». Атлас 2013 г. содержит цветные карты среднемесячных распределений биооптических характеристик c 1998 по 2012 гг., рассчитанные по данным спутниковых сканеров SeaWiFS и MODIS-Aqua; диаграммы и таблицы, показывающие сезонную и межгодовую изменчивость характеристик в различных регионах. Приведены наиболее интересные примеры из Атласа: для Баренцева и Черного морей — это проявления кокколитофоридных цветений; для Белого моря — изменения концентрации хлорофилла Chl и показателя рассеяния bbp в Двинском заливе и центральной части моря в мае-июне, связанные с весенним половодьем Двины. В Северном Каспии зарегистрированы рекордно высокие, по сравнению со всеми другими регионами, значения bbp — они объясняются интенсивным выносом взвеси Волгой и взмучиванием донных осадков на мелководном шельфе Северного Каспия вследствие ветрового перемешивания. Отмечено, что в 8 из 10 рассмотренных регионов средние значения Chl и bbp в 2012 г. превышали соответствующие среднеклиматические значения за 1998−2011 гг.

Представлены результаты исследования пространственного распределения интенсивности флуоресценции растворенного в морской воде органического вещества и хлорофилла-a в западной части Черного моря. Исследования выполнялись в ряде биооптических рейсов, маршрут которых проходил как в прибрежных акваториях, в том числе в районах, подверженных влиянию стока р. Дунай, так и в открытых районах моря. Измерения пространственного распределения интенсивности флуоресценции проводились с использованием специально разработанного двухканального проточного флуориметра на сверхярких светодиодах. Возбуждение флуореcценции в проточном флуориметре осуществляется в УФ (373 нм) и зеленой (521 нм) областях спектра. Для калибровки данных измерений, в частности, для учета вклада флуоресценции растворенного органического вещества при определении интенсивности флуоресценции хлорофилла-a, используется двухканальный лазерный спектрометр, работающий на пробах. Выделены квазиоднородные районы и районы с высокой пространственной изменчивостью интенсивности флуоресценции. Высокая пространственная изменчивость зарегистрирована в прибрежных районах, особенно вблизи устья р. Дунай. В открытых районах моря распределение квазиоднородно. В то же время, вертикальные профили флуоресценции имеют высокую изменчивость на всей исследованной акватории. В приповерхностном слое морской воды в районах с квазиоднородным распределением зарегистрирована суточная изменчивость интенсивности флуоресценции.

В работе методами классической и кинетической люминесцентной спектроскопии исследуются оптические свойства комплексов уранила. В частности, демонстрируются зависимости фотофизических параметров комплексов урана(VI) от локальных параметров (координации, то есть числа лигандов-анионов, присоединенных непосредственно к атому урана, при изменяющейся концентрации комплекса), от параметров окружения (ионной силы, температуры раствора, концентрации растворенного органического вещества), а также от интенсивности возбуждающего излучения. Показано, что зависимость интегральной люминесценции комплексов уранила является немонотонной функцией концентрации лигандообразующего аниона-фтора в растворе. Кинетические исследования растворов уранила с различной концентраций фульвокислот и гуминовых кислот показывают, что механизм тушения люминесценции уранила растворенным органическим веществом — статический. Исследование влияния интенсивности возбуждающего импульсного лазерного излучения на параметры кинетики люминесценции комплексов урана(VI) указывают, что в случае высоких интенсивностей возбуждающего излучения проявляется дополнительный канал дезактивации возбуждения ионов уранила, являющийся следствием парного процесса дезактивации возбужденных состояний — диффузионно-ограниченной аннигиляции возбужденных состояний. Полученные результаты создают научные предпосылки для развития люминесцентных методов диагностики комплексов урана в природных водах, в частности, для определения их парциальных концентраций в многокомпонентной смеси.

Предложен новый способ восстановления уклонов взволнованной водной поверхности по ее изображению, полученному в условиях естественного освещения при ясном, безоблачном небе. Традиционный способ использует приближение, в рамках которого распределение яркости неба в пределах кадра может считаться линейным. Новый способ использует более реалистичное приближение, в рамках которого распределение яркости неба не является линейным, но обладает аксиальной симметрией относительно направления на Солнце. Для реализации любого из выше указанных способов кроме изображения водной поверхности необходимо знать распределение яркости неба на «зеркальном» участке небосвода. Важной частью нового алгоритма является операция восстановления второй компоненты вектора уклона поверхности по той его компоненте, которая непосредственно определяется путем пространственной обработки изображения. С математической точки зрения данная операция — не что иное, как задача нахождения градиента гладкой функции двух переменных по одной из его компонент. В представляемой работе эта задача решается при помощи преобразования Фурье. Приводится усовершенствованная (с точки зрения скорости вычислений) версия алгоритма и формула для вычисления погрешности.

Рассматриваются новые подходы к определению фотофизических и фотофизиологических параметров фотосинтетических организмов, которые могут быть использованы для определения их физиологического состояния in situ, количественной оценки эффективности фотосинтеза и первичной продукции. На примере исследования физиологического состояния цианобактерий демонстрируются возможности метода индукции и релаксации флуоресценции и метода нелинейной лазерной флуорометрии. Показаны возможности совместного использования этих методов при исследовании механизмов защиты от избыточного освещения (нефотохимического тушения). В частности, приведены результаты, которые демонстрируют, что хлорофиллсодержащий светособирающий комплекс цианобактерий не принимает непосредственного участия в механизме нефотохимического тушения. Данные по исследованию влияния спектральных характеристик внешнего освещения на физиологическое состояние цианобактерий свидетельствуют о том, что спектральные свойства и интенсивность освещения, при котором выращивались культуры цианобактерий, существенным образом влияют на количество и соотношения фикобилин- и хлорофиллсодержащих комплексов, а также на содержание пигментов в этих комплексах. Эти изменения проявляются в измеряемых фотофизиологических параметрах, что говорит о возможности оценки световых условий, при которых росли клетки цианобактерий in situ при помощи методов флуорометрии.

29 декабря 2014 г. на 78-м году жизни скоропостижно скончался заведующий лабораторией оптики океана и атмосферы, главный научный сотрудник Санкт-Петербургского филиала Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН доктор физ.-мат. наук Иосиф Маркович Левин.