Том 37, номер 02, статья № 13

Аннотация:

Для миллиметровых и субмиллиметровых телескопов одной из ключевых атмосферных характеристик, определяющих поглощение излучения, является осажденный водяной пар. Точное определение этой характеристики в пределах больших по площади регионов представляет собой одну из главных астроклиматических проблем. Настоящая работа посвящена уточнению оценок содержания осажденного водяного пара для разных пунктов на основе обработки данных реанализа ERA5 и радиозондирования. Апробирован ранее предложенный метод коррекции значений осажденного водяного пара, учитывающий характерный вертикальный масштаб водяного пара и относительный перепад высот узлов сетки. Кроме того впервые получено пространственное распределение оптической толщи атмосферы в ночное время для России и сопредельной территории на длине волны 3 мм, усредненное за декабрь – февраль 2013–2022 гг. Результаты работы являются основой для выбора астроплощадки под строительство нового крупного миллиметрового телескопа в рамках проекта евразийских субмиллиметровых и миллиметровых телескопов.

Ключевые слова:

астроклимат, атмосфера, водяной пар, миллиметровое излучение, слои инверсий

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Marukhno A.S., Bubnov G.M., Vdovin V.F., Voziakova O.V., Zemlyanukha P.M., Zinchenko I.I., Mingaliev M.G., Shatsky N.I. Analysis of the millimeter-band astroclimate at the Caucasus mountain observatory // 7th All-Russian Microwave Conference (RMC). 2020. P. 184–188. DOI: 10.26119/978-5-6045062-0-2_2020_184.
2. Balega Y., Bubnov G., Glyavin M., Gunbina A., Danilevsky D., Denisov G., Khudchenko A., Lesnov I., Marukhno A., Mineev K., Samsonov S., Shanin G., Vdovin V. Atmospheric propagation studies and development of new instrumentation for astronomy, radar, and telecommunication applications in the subterahertz frequency range // Appl. Sci. 2022. V. 12. P. 5670. DOI: 10.3390/app12115670.
3. Bubnov G.M., Abashin E.B., Balega Y.Y., Bolshakov O.S., Dryagin S.Y., Dubrovich V.K., Marukhno A.S., Nosov V.I., Vdovin V.F., Zinchenko I.I. Searching for new sites for THz observations in Eurasia // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2015. V. 5, N 1. P. 64–72. DOI: 10.1109/TTHZ.2014.2380473.
4. Бубнов Г.М., Григорьев В.Ф., Зинченко И.И., Землянуха П.М., Ильин Г.Н., Кабанов Д.М., Носов В.И., Вдовин В.Ф. Согласованное определение интегральной влажности и эффективной оптической толщины атмосферы в миллиметровом диапазоне длин волн с использованием широкополосных радиометров // Изв. вузов. Радиофиз. 2019. Т. 62, № 12. С. 920–931.
5. Shikhovtsev A.Yu., Kovadlo P.G., Khaikin V.B., Nosov V.V., Lukin V.P., Nosov E.V., Torgaev A.V., Kiselev A.V., Shikhovtsev M.Yu. Atmospheric conditions within Big Telescope Alt-azimuthal region and possibilities of astronomical observations // Remote Sens. 2022. V. 14. P. 1833. DOI: 10.3390/rs14081833.
6. Bolbasova L., Shikhovtsev A., Ermakov S.A. Statistics of precipitable water vapour above the sites of the 6-m Big Telescope Alt-azimuthal and new 3-m Large Solar Telescope using ERA5 data // MNRAS. 2023. V. 520, N 3. P. 4336–4344. DOI: 10.1093/mnras/stad300.
7. Bolbasova L.A. Atmospheric stability above 6-m Big Telescope Alt-azimuthal site // Proc. SPIE. 2022.  V. 12341. P. 123410W. DOI: 10.1117/12.2644895.
8. Bolbasova L.A., Kopylov E.A. Long-term trends of astroclimatic parameters above the Terskol observatory // Atmosphere. 2023. V. 14. P. 1264.
9. Khaikin V., Lebedev M., Shmagin V., Zinchenko I., Vdovin V., Bubnov G., Edelman V., Yakopov G., Shikhovtsev A., Marchiori G., Tordi M., Duan R., Li D. On the Eurasian SubMillimeter Telescopes project (ESMT) // 7th All-Russian Microwave Conference (RMC). 2020. P. 47–51. DOI: 10.1109/RMC50626.2020.9312233.
10. Чукин В.В. Исследование атмосферы методом электромагнитного просвечивания. СПб.: Изд-во РГГМУ, 2004. 107 с.
11. Marin J.C., Ortiz F., Cure M. Forecasting the precipitable water vapour along lines of sight in the Chajnantor region from a WRF simulation // MNRAS. 2023. V. 522. P. 457–465. DOI: 10.1093/mnras/stad961.
12. Valdes E.A.M., Morris B.M., Demory B.-O. Monitoring precipitable water vapour in near real-time to correct near-infrared observations using satellite remote sensing // Astron. Astrophys. 2021. V. 649. P. A132. DOI: 10.1051/0004-6361/202039629.
13. Baker A.D., Blake C.H., Sliski D.-H. Monitoring Telluric Absorption with CAMAL // PASP. 2017. V. 129. P. 085002. DOI: 10.1088/1538-3873/aa77ab.
14. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara S., Horanyi A., Munoz-Sabater J., Nicolas J., Peubey C., Radu R., Schepers D., Simmons A., Soci C., Abdalla S., Abellan X., Balsamo G., Bechtold P., Biavati G., Bidlot J., Bonavita M., De Chiara G., Dahlgren P., Dee D., Diamantakis M., Dragani R., Flemming J., Forbes R., Fuentes M., Geer A., Haimberger L., Healy S., Hogan R.J., Holm E., Janiskova M., Keeley S., Laloyaux P., Lopez P., Lupu C., Radnoi G., de Rosnay P., Rozum I., Vamborg F., Villaume S., Thepaut J.-N. The ERA5 global reanalysis // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2020. V. 146, N 730. P. 1999–2049.
15. Bergner I.K., Krat A.V., Pogodin M.A., Morozova S.M., Panchuk V.K., Chuntonov G.A. Study of the moisture content and transmittance of the daytime atmosphere in the region at the site of the Large Telescope // Astrofizicheskie Issledovaniia. 1978. V. 10. P. 52–60.
16. Шиховцев А.Ю., Хайкин В.Б., Миронов А.П., Ковадло П.Г. Статистический анализ содержания водяного пара на Северном Кавказе и в Крыму // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 1. С. 67–73; Shikhovtsev A.Yu., Khaikin V.B., Mironov A.P., Kovad­lo P.G. Statistical analysis of the water vapor content in North Caucasus and Crimea // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 2. P. 168–175.
17. Миронов А.П., Хайкин В.Б. Макоев Г.А. Валидация ГНСС метода измерений осажденного водяного пара с помощью радиозондирования // Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXIX Междунар. симп. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2023. С. А388–А391.
18. Bubnov G., Vdovin V., Khaikin V., Tremblin P., Baron P. Analysis of variations in factors of specific absorption of sub-terahertz waves in the Earth`s atmosphere // 7th All-Rus. Microwave Conf. (RMC). 2020. P. 229–232. DOI: 10.1109/RMC50626.2020.9312314.
19. Арсаев И.Е., Быков В.Ю., Ильин Г.Н., Юрчук Э.Ф. Радиометр водяного пара – средство измерений радиояркостной температуры атмосферы // Измерительная техника. 2017. Т. 60, № 5. С. 60–65.
20. Швецов А.А., Беликович М.В., Красильников А.А., Куликов М.Ю., Кукин Л.М., Рыскин В.Г., Большаков О.С., Леснов И.В., Щитов А.М., Фейгин А.М., Хайкин В.Б., Петров И.В. Спектрорадиометр 5-миллиметрового диапазона для исследования атмосферы и подстилающей поверхности // Приборы и техника эксперимента. 2020. № 6. С. 100–104. DOI: 10.31857/S0032816220050377.
21. Wang X., Chen F., Ke F., Xu C. An empirical grid model for precipitable water vapor // Remote Sens. 2022. V. 14. P. 6174. DOI: 10.3390/rs14236174.
22. Shikhovtsev A.Yu., Kovadlo P.G., Khaikin V.B., Kiselev A.V. Precipitable water vapor and fractional clear sky statistics within the Big Telescope Alt-azimuthal region // Remote Sens. 2022. V. 14. P. 6221. DOI: 10.3390/rs14246221.
23. Елисеев А.В., Тимажев А.В., Хименес П.Л. Вертикальный масштаб для профилей водяного пара и соединений серы в нижней тропосфере // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 7. С. 572–580; Eliseev A.V., Timazhev A.V., Jimenez P.L. Scale heights of water vapor and sulfur compounds in the lower troposphere // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 6. P. 782–792.
24. Otarola A., Hiriart D., Perez-Leon J.E. Statistical characterization of precipitable water vapor at San Pedro Martir Sierra in Baja California // Revista Mexicana de Astronomia y Astrofisica. 2009. V. 45. P. 161–169.
25. Otarola A.C., Querel R., Kerber F. Precipitable Water Vapor: Considerations on the water vapor scale height, dry bias of the radiosonde humidity sensors, and spatial and temporal variability of the humidity field // arXiv:1103.3025. 2011. DOI: 10.48550/arXiv.1103.3025.
26. Cortes F., Cortes K., Reeves R., Bustos R., Radford S. Twenty years of precipitable water vapor measurements in the Chajnantor area // Astron. Astrophys. 2020. V. 640. P. A126. DOI: 10.1051/0004-6361/202037784.
27. Panchuk V.E., Afanas’ev V.L. Astroclimate of Northern Caucasus – myths and reality // Astrophys. Bull. 2011. V. 66, N 2. P. 233–254.
28. Шиховцев А.Ю., Хайкин В.Б., Ковадло П.Г., Baron P. Оптическая толща атмосферы над пиком Терскол // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 11. С. 956–962; Shikhovtsev A.Yu., Khaikin V.B., Kovadlo P.G., Baron P. Optical thickness of the atmosphere above the Terskol Peak // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 1. P. 78–85. DOI: 10.1134/S1024856023020148.
29. Baron P., Mendrok J., Yasuko K., Satoshi O., Takamasa S., Kazutoshi S., Kosai S., Hideo S., Urban J. AMATERASU: Model for atmospheric TeraHertz radiation analysis and simulation // J. Nat. Inst. Inform. Commun. Technol. 2008. V. 55, N 1. P. 109–121.
30. Liebe H.J. MPM – an atmospheric millimeter-wave propagation mode // Int. J. Infrared Millim. Waves. 1989. V. 10, N 6. P. 631–650.
31. Бубнов Г.М. Исследования поглощения волн миллиметрового диапазона в атмосфере земли и материалах криогенных рефлекторов: дис. ... канд. физ.-мат. наук. Нижний Новгород: Ин-т прикладной физики РАН, 2022. 133 с.