Том 21, номер 12, статья № 10

Аннотация:

Продолжается тематическая серия работ авторов по проблеме: статистическое моделирование транс-спектральных процессов. На данном этапе предложена система взаимосвязанных уравнений переноса радиации, дающих формальное основание для численного анализа более широкого круга спектроскопических эффектов, сопровождающих распространение лазерного излучения в окружающей среде. Речь идет о явлении реабсорбции лазерно-индуцируемой флуоресценции, неизбежно возникающей в плотных дисперсных средах, содержащих два и более флуорофоров. Практическое приложение связано с актуальной задачей лидарного мониторинга состояния растительного покрова, в первую очередь концентрации хлорофилла, регулирующего жизнедеятельность растений. Развита новая концепция оптической модели растительного покрова, трактующая лист не как отдельный рассеивающий элемент, а как локальный объем мультифазной среды со сложной полидисперсной структурой. Выполнена определенная модификация алгоритмов метода Монте-Карло, позволившая имитировать процессы флуоресценции и реабсорбции. Проведены тестовые расчеты, показавшие адекватность предложенного подхода.

Ключевые слова:

хлорофилл, уравнение переноса, метод Монте-Карло, лидар, лазерно-индуцируемая флуоресценция

Список литературы:

1. Поздняков Д.В., Лясковский А.В., Грассл Х., Петтерсон Л. Численное моделирование трансспектральных процессов (ТП) взаимодействия света с водной средой // Исслед. Земли из космоса. 2000. № 5. С. 3-15.
2. Sathyendranath S., Platt T. Ocean - color model incorporating transspectral processes // Appl. Opt. 1998. V. 37. P. 2216-2227.
3. Melfi S.H. Remote measurement of the atmosphere using Raman scattering // Appl. Opt. 1972. V. 11. P. 1605-1610.
4. Lidar: Range - Resolved Optical Remote Sensing of the Atmospheric / Ed. by Claus Weitkamp. Springer Science + Business Media Inc. Singapore, 2005. 451 p.
5. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. М.: Мир, 1987. 550 с.
6. Креков Г.М., Крекова М.М. Статистическое моделирование трансспектральных процессов при лазерном зондировании окружающей среды. 2. Лазерно-индуцированная флуоресценция // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20. № 2. C. 148-153.
7. Креков Г.М., Крекова М.М., Матвиенко Г.Г., Ковшов А.В., Суханов А.Я. Статистическое моделирование трансспектральных процессов при лазерном зондировании окружающей среды. 2. Лазерно-индуцированная флуоресценция; результаты модельных оценок // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20. № 3. С. 262-277.
8. Кондратьев К.Я., Поздняков Д.В. Оптические свойства природных вод и дистанционное зондирование фитопланктона. Л.: Наука, 1988. 183 с.
9. Saito Y., Kanoh M., Hatake K., Kawahara T., Nomura A. Investigation laser-induced fluorescence of several natural leaves for application to lidar vegetation monitoring // Appl. Opt. 1998. V. 37. P. 431-437.
10. Chlorophyll a Fluorescence: A Signature of Photosynthesis / G.C. Papageorgiou (ed). The Netherlands: Springer, 2004. 735 p.
11. Cordon G.B., Lagorio M.G. Re-absorption of chlorophyll fluorescence in leaves revisited. A comparison of correction models // Photochem. Photobiol. Sci. 2006, V. 5. P. 735-740.
12. Renger T., May V., Kuhn O. Ultrafast exitation energy transfer dynamics in photosynthetic pigment-protein complexes // Phys. Reports. 2001. V. 343. P. 137-254.
13. Grishin A.I., Krekov G.M., Krekova M.M., Matvienko G.G., Sukhanov A.Ja., Fateeva N.L., Timofeev V.I. Study of organic aerosol of photogenic origin with fluorescent lidar // Int. J. Remote Sens. 2008. V. 29. N 9 (in press).
14. Harriman A. Photophysical processes in condensed phases // Photochem. 2001. V. 32. P. 15-46.
15. Гришин А.И., Креков Г.М., Крекова М.М., Матвиенко Г.Г., Суханов А.Я., Тимофеев В.И., Фатеева Н.Л., Лисенко А.А. Исследование органического аэрозоля растительного происхождения с помощью флуоресцентного лидара // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20. № 4. С. 328-337.
16. Krekov G.M., Krekova M.M., Matvienko G.G. Monte Carlo modeling of the light scattering by homogeneous vegetation in optical remote sensing // Proc. XIII Int. Sympos. "Atmospheric Oceanic Optics". Tomsk, 2006. P. 127-128.
17. Govaerts Y.M., Jacquemoud S., Verstraete M.M., Ustin S.L. Three-dimensional radiation transfer modeling in a dicotyledon leaf // Appl. Opt. 1996. V. 35. N 33. P. 6575 - 6578.
18. Креков Г.М., Крекова М.М., Ковшов А.В., Лисенко А.А., Суханов А.Я. Расчет радиационных характеристик листа методом Монте-Карло. I. Оптическая модель двудольного листа // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22 (в печати).
19. Ustin S.L., Jacquemoud S., Govaerts Y.M. Simulation of photon transport in a three-dimensional leaf: implications for photosynthesis // Plant, Cell and Environ. 2001. V. 24. P. 1095-1103.
20. Pedrґos R., Moya I., Goulas Y., Jacquemoud S. Chlorophyll fluorescence emission spectrum inside a leaf // Photochem. Photobiol. Sci. 2008. V. 7. P. 498-502.
21. Franck F., Juneau P., Popovic R. Resolution of the photosystem I and photosystem II contributions to chlorophyll fluorescence of intact leaves at room temperature // Biochim. Biophys. Acta. 2002. V. 1556. P. 239-246.
22. Fan D.Y., Hope A.B., Smith P.J. The stoichiometry of the two photosystems in higher plants revisited // Biochim. Biophys. Acta. 2007. V. 1767. P. 1064-1072.
23. http://www.photochemcad.com
24. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 256 с.
25. Knyazikhin Y.V., Marshak A.L., Myneni R.B. Interaction of photons in a canopy of finite-dimension leaves // Remote Sens. Environ. 1992. V. 39. P. 61-74.
26. Paithakar D.Y., Chen A.U., Pogue B.W., Patterson M.S., Sevick-Muraca E.M. Imaging of fluorescent yield and lifetime from multiple scattered light reemitted from random media // Appl. Opt. 1997. V. 36. P. 2260-2272.
27. Monte Carlo Method in atmospheric Optics / Ed. by G.I. Marchuk. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 1980. 206 p.
28. Computing Method in Reactor Physics / Ed. by H. Greenspan, N.Y.; London; Paris: Gordon and Breach Sci., 1972. 372 p.
29. Креков Г.М., Орлов В.М., Белов В.В., Белов М.Л. Имитационное моделирование в задачах оптического дистанционного зондирования. Новосибирск: Наука, 1988. 164 с.
30. Kреков Г.М., Шаманаева Л.Г. Статистические оценки спектральной яркости сумеречной земной атмосферы // Атмосферная оптика. М.: Наука, 1974. C. 180-186.
31. Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. М.: Мир, 1986. 496 с.
32. Chew H., MeNulty P.J., Kerker M. Model for Raman and fluorescent scattering by molecules embedded in small particles // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 85. P. 54-57.