Исследование характеристик аэрозольных неоднородностей в приземной слое атмосферы в ближнем УФ диапазоне


https://doi.org/10.36027/rdeng.0121.0000187

Полный текст:


Аннотация

На сегодняшний день необходимость дистанционного контроля атмосферного ветра для широкого круга прикладных задач требует разработки новых и совершенствования существующих дистанционных методов измерения ветра.

В настоящее время наибольшей дальностью зондирования обладают доплеровские лазерные методы измерения скорости ветра. Корреляционные лазерные методы обеспечивают меньшую дальность измерения скорости ветра. Однако, они не только являются более простыми (и, соответственно, требующими менее дорогую аппаратуру), но и потенциально позволяют оперативно измерять профиль полного вектора скорости ветра по трассе зондирования.

Разработка ветровых корреляционных лидаров требует данных о характеристиках аэрозольных неоднородностей атмосферы.

На сегодняшний день большинство экспериментальных исследований в этой области посвящено измерениям в видимом спектральном диапазоне.

Одним из перспективных безопасных для зрения спектральных диапазонов для ветровых лидаров является ультрафиолетовый (УФ) спектральный диапазон. Экспериментальных исследований характеристик аэрозольных неоднородностей атмосферы в УФ диапазоне очень мало.

Статья посвящена натурным исследованиям характеристик аэрозольных неоднородностей атмосферы в приземной слое атмосферы на длине волны 0,355 мкм.

Приведена структурная схема и параметры лазерного измерителя, работающего на длине волны 0,355 мкм. Описана схема проведения экспериментов. Показан типичный эхо-сигнал, обратно рассеянный атмосферой при лазерном зондировании на длине волны 0,355 мкм одиночным импульсом.

Описаны процедуры обработки лидарных сигналов, приведены примеры двухмерных полей относительных флуктуаций объемного коэффициента обратного рассеяния для разных атмосферных условий.

Результаты обработки данных измерений показывают, что в приземном слое атмосферы средний контраст аэрозольных неоднородностей в большинстве случаев находится в диапазоне значений от ~ 0,4 % до ~ 10 % (в случае небольшого снега до ~ 25 %), а размер аэрозольных неоднородностей атмосферы в подавляющем большинстве случаев находится в диапазоне от ~ 1,5 м до ~ 20 м. Зависимость количества наблюдений аэрозольных неоднородностей от расстояния z от рассеивающего объема атмосферы до лидара является убывающей ~ 1/z и коррелирует с аналогичной зависимостью отношения сигнал/шум от расстояния z.


Об авторах

П. А. Филимонов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия
Филимонов Павел Анатольевич


С. Е. Иванов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия
Иванов Сергей Евгеньевич


В. А. Городничев
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия
Городничев Виктор Александрович


М. Л. Белов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Белов Михаил Леонидович

РЛ 2, профессор, 6214-0799



Ю. В. Федотов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия
Федотов Юрий Викторович


Список литературы

1. Narasimha S.P., Mylapore A.R. Three-beam aerosol backscatter correlation lidar for wind profiling // Optical Engineering. 2017. V. 56. № 3. P. 031222-1 - 031222-9.

2. Mayor S.D., Derian P., Mauzey C. F., Spuler S. M., Ponsardin P., Pruitt J., Ramsey D. and Higdon N. S. Comparison of an analog direct detection and a micropulse aerosol lidar at 1.5-μm wavelength for wind field observations with first results over the ocean // Journal of Ap-plied Remote Sensing. 2016. V. 10. № 5. P. 016031-1 - 016031-16.

3. Wood C.R., Pauscher L., Ward H.C., Kotthaus S., Barlow J.F., Gouvea M., Lane S.E., Grimmond C.S.B. Wind observations above an urban river using a new lidar technique, scintillometry and anemometry // Sci. Total Environ. 2013. V. 442, N 1. P. 527–533.

4. Lane S.E., Barlow J.F., Wood C.R. An assessment of a three-beam Doppler lidar wind pro-filing method for use in urban areas // J. Wind Eng. Ind. Aerod. 2013. V. 119, N 8. P. 53–59.

5. Матвиенко Г.Г., Заде Г.О., Фердинандов Э.С., Колев И.Н., Аврамова Р.П. Корреляци-онные методы лазерно-локационных измерений скорости ветра. Новосибирск: Наука, 1985. 223 с.

6. Козинцев В.И., Иванов С.Е., Белов М.Л., Городничев В.А. Корреляционный лазер-ный метод с адаптивным выбором измерительной базы для оперативного измерения скорости ветра // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25. № 02. С. 165-170.

7. Козинцев В.И., Иванов С.Е., Белов М.Л., Городничев В.А. Лазерный метод прибли-женного измерения мгновенной скорости и направления ветра // Оптика атмосферы и океана. 2013. Т. 26. № 05. С. 381-384.

8. Матвиенко Г.Г., Самохвалов И.В., Рыбалко В.С., Борцов Ю.Н., Шелефонтюк Д.И., Вореводин Ю.М. Оперативное определение компонентов скорости ветра с помощью лидара // Оптика атмосферы и океана. 1988. Т.1. № 2. С. 68-72.

9. Гришин А.И., Матвиенко Г.Г. Лидарные исследования атмосферного аэрозоля в об-ласти ветровых сдвигов // Оптика атмосферы. 1995. Т.8. N7. С. 1056-1062.

10. Corbett J., Woods M. UV laser radiation: skin hazards and skin protection controls. // Inter-national Laser Safety Conference. 2013. Paper #303. P. 1-8.

11. Pal S., Behrendt A., Radlach M., Schaberl T., Wulfmeyer V. Eye safe scanning aerosol lidar at 355nm. // Reviewed and Revised Papers of the 23rd International Laser Radar Con-ference (ILRC 2006). 2006. P. 1-4.

12. Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуата-ции лазерных изделий. ГОСТ 31581-2012. М.: Стандартинформ, 2013.

13. Filimonov P.A., Ivanov S.E., Belov M.L., Fedotov Yu.V., Gorodnichev V.A. Monitoring of aerosol inhomogenuities parameters in atmosphere at 355 nm // Proc. SPIE. 2018. V.10833. P. 108333L-1 - 108333L-6.

14. Measures R.M. Laser Remote Sensing: Fundamentals and Applications. Krieger Publishing Company: Melbourne, FL, United States. 1992. 524 p.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Филимонов П.А., Иванов С.Е., Городничев В.А., Белов М.Л., Федотов Ю.В. Исследование характеристик аэрозольных неоднородностей в приземной слое атмосферы в ближнем УФ диапазоне. Радиостроение. 2021;(1):14-28. https://doi.org/10.36027/rdeng.0121.0000187

For citation: Filimonov P.A., Ivanov S.E., Gorodnichev V.A., Belov M.L., Fedotov Y.V. Investigation of Aerosol Inhomogeneities Parameters in Planetary Boundary Layer in UV-A Spectral Region. Radio Engineering. 2021;(1):14-28. (In Russ.) https://doi.org/10.36027/rdeng.0121.0000187

Просмотров: 11

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)