Дистанционный лазерный контроль можно охарактеризовать как качественное или количественное измерение химических или физических параметров окружающего пространства, когда контролирующий прибор и объем, параметры которого исследуются, пространственно разделены. В зависимости от источника излучения методы дистанционного зондирования делятся на активные к пассивные, причем с помощью лазера реализуются в основном только активные методы. К пассивным относятся методы анализа атмосферного излучения (солнечное или отраженное излучение).[ ...]
Как известно, атмосфера Земли представляет собой смесь взаимодействующих друг с другом компонентов. С позиций оптики и динамики атмосферы среди ее компонентов можно выделить четыре отдельные части: сухой незасоренный воздух; оптически активные малые газовые примеси; водяной пар; атмосферный аэрозоль [7—10, 13]. Вертикальная структура атмосферы характеризуется послойным делением: тропо-, страто-, мезо-, термо- и экзосфера. По характеру ионизации в атмосфере выделяют несколько ионосферных слоев. По характеру фотохимических процессов выделяют хемосферу, которая включает в себя озоносферу и др.[ ...]
Чистый сухой воздух на 99% состоит из азота и кислорода. Содержание малых составляющих подвержено временным и пространственным изменениям.[ ...]
Аэрозоли снижают прозрачность воздуха и являются центрами протекания химических реакций. Выступая в роли ядер конденсации, они изменяют количество осадков. Аэрозоли представляют опасность для человека, попадая внутрь организма через дыхательные пути. Естественными, источниками аэрозолей и. частиц являются морские брызги, выветривание почвы, цветочная пыльца, лесные пожары, вулканы и др. Человек увеличивает количество аэрозолей путем сжигания топлива, при строительстве, обработке земли и др.[ ...]
В состав стратосферы входят азот, кислород, аргон и углекислый газ, которые достаточно хорошо перемешаны до высоты 100 км. Содержание водяных паров и других второстепенных газов, аэрозолей и частиц в стратосфере подвержено пространственно-временным вариациям. Во всей стратосфере существуют аэрозоли и частицы, максимумы концентраций которых наблюдаются на высоте 20 км, и этот слой называют 20-километровым аэрозольным слоем или слоем Юнге. Аэрозоли представляют собой в основном сульфаты — продукты окисления Б02 и Н2Э. При извержениях вулканов в стратосфере наблюдается резкое увеличение количества аэрозолей. Кроме соединений серы, в стратосферу поступают соединения азота (N0 и Ы02), азотной кислоты, метан, озон и др.[ ...]
Содержание водяного пара в атмосфере претерпевает существенные пространственные вариации от 0 до 4% по объему. Водяной пар не всегда может рассматриваться как идеальный газ. Если его пары не насыщены, то его характеристики почти строго соответствуют идеальному газу, а при насыщении заметно отклоняются. Пар может менять свое агрегатное состояние, превращаясь в воду или кристаллы льда, и вновь испаряться. Эти процессы в значительной мере определяют оптико-метеорологическОе состояние атмосферы как в видимом, так и в ИК-диапазоне [7, 15].[ ...]
В атмосфере всегда в виде взвеси или гидрометеоров присутствует аэрозоль, которая интенсивно рассеивает и поглощает оптическое излучение. Гигроскопические активные Малые частички являются центральными процессами конденсации и сублимации водяного пара. Они способствуют образованию туманов и облаков. Аэрозоль и вещества на его основе играют решающую роль в пространственно-временных трансформациях прозрачности атмосферы.[ ...]
Хотя атмосфера состоит из атомов, молекул и аэрозольных частиц, являясь тем самым дискретной средой, однако при ее математическом описании удобно использовать гипотезу сплошности. Это позволяет ввести в рассмотрение ряд измеряемых на практике макроскопических величин: плотность, давление, температуру, показатель преломления, коэффициенты поглощения и рассеяния и т.д. Следовательно, моЖно перейти к рассмотрению полей этих величин и сформулировать уравнения, описывающие их изменения в пространстве и времени.[ ...]
При лазерном зондировании атмосферы необходимо, чтобы длина волны излучения лазера соответствовала спектральному окну прозрачности атмосферы [8,15].[ ...]
Рассеяние оптических волн обычно подразделяют на три вида; рассеяние Ми, рэлеевское и комбинационное. Первые два вида рассеяния происходят на длине волны падающего излучения и относятся к классу упругих взаимодействий поля с веществом. При рэле-евском рассеянии наблюдается некоторое уширение спектра излучения вследствие эффекта Доплера, однако в условиях земной атмосферы частотное смещение спектра незначительно. Поскольку комбинационное рассеяние сопровождается обменом энергией с энергетическими уровнями молекул или атомов, то частотный спектр комбинационного рассеяния представляет собой набор линий, смещенных относительно частоты падающего излучения в ту или иную сторону на значение, равное собственным частотам взаимодействующих с излучением частиц. Хотя интенсивность спонтанного комбинационного рассеяния (СКР) на два—три порядка меньше интенсивности рэлеевского рассеяния, использование этого явления перспективно для дистанционной диагностики атмосферы, поскольку интерпретация данных лазерного зондирования в этом случае сильно упрощается. Эффективность рассеяния оптического излучения на отдельной частице зависит от ее относительного размера по сравнению с длиной волны А. Для сферических частиц радиусом а эта зависимость выражается через параметр р = 2па/Х. Если р > 1, то наблюдается рассеяние Ми, а при р < 0,3...0,5 — рэлеевское рассеяние.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Зависимость средней температуры от высоты для 45“ с.ш. в июле / — тропосфера; 2 — тропопауза; 3 — стратосфера |
 |
| Схемы трассового зондирования атмосферных газов методом дифференциального поглощения с использованием в качестве отражателя поворотного зеркала (а) или диффузно рассеивающего отражателя (б) |
 |