Том 22, номер 10, статья № 1

Аннотация:

Дается анализ развития лидарных методов исследования атмосферы, выполненных за последние годы в Институте оптики атмосферы. На основе разработки оригинального двойного монохроматора в приемной системе лидара показана эффективность чисто вращательного спектра спонтанного комбинационного рассеяния для детектирования профилей температуры, включая облачные слои. Описан новый доплеровский метод (аккумуляции спектров), обеспечивающий оценку не только профиля скорости ветра, но и турбулентности. Рассмотрены новые методики изучения облачных сред с использованием угловых свойств интенсивности многократного рассеяния и поляризационных характеристик лидарных сигналов. Комплексирование ряда методик реализовано в многолетних лидарных исследованиях стратосферной динамики и изменения ее состава под действием природных и техногенных факторов. Представлен новый теоретический подход для разработки и создания экспериментальных образцов лидаров с фемтосекундными лазерами для определения микрофизических параметров атмосферного аэрозоля.

Ключевые слова:

лидар, атмосфера, рассеяние, обратная задача

Список литературы:

1.Lidar: range-resolved optical remote sensing of the atmosphere / Claus Weitkamp, editor; foreword by Herbert Walther. Springer series in optical sciences. 2005. V. 102. 456 p.
2.Зуев В.Е., Зуев В.В. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. Современные проблемы атмосферной оптики. Т. 8. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 232 с.
3.Arshinov Yu.F., Bobrovnikov S.M., Zuev V.E., Mitev  V.M. Atmospheric temperature measurements using a pure rotational Raman lidar // Appl. Opt. 1983. V. 22. N 19. P. 2984–2990.
4.Arshinov Yu.F., Bobrovnikov S.M., Serikov I.B., She-lefontyuk D.I., Shumskii V.K., Bazylev P.V., Lugovoi V.A., Stolyarov N.N. Calibration of a Raman-lidar gas analyzer of atmospheric emissions from plant stacks using a remote gas chamber // Advances in Atmospheric Remote Sensing with Lidar: Selected papers of the 18th International Laser Radar Conference (ILRC). P. 427–430. Berlin, 22–26 July. Springer, 1996.
5.Mattis I., Ansmann A., Althausen D., Jaenisch V., Wandinger U., Mueller D., Arshinov Y.F., Bobrovnikov S.M., Serikov I.B. Relative-humidity profiling in the troposphere with a Raman lidar // Appl. Opt. 2002. V. 41. N 30. P. 6451–6462.
6.Balin I., Serikov I., Bobrovnikov S., Simeonov V., Calpini B., Arshinov Y., van den Bergh H. Simultaneous measurement of atmospheric temperature, humidity, and aerosol extinction and backscatter coefficients by a combined vibrational–pure-rotational Raman lidar // Appl. Phys. B. 2004. V. 79. N 6. P. 775–782.
7.Arshinov Yu., Bobrovnikov S., Serikov I., Ansmann A., Wandinger U., Althausen D., Mattis I., Mьller D. Daytime operation of a pure rotational Raman lidar by use of a Fabry–Perot interferometer // Appl. Opt. 2005. V. 44. N 17. P. 3593–3603.
8.Dinoev T., Arshinov Y., Bobrovnikov S., Serikov I., Calpini B., van den Bergh H., Simeonov V. Meteorological water vapor Raman lidar – advances // Reviewed and Revised papers presented at the 23rd International Laser Radar Conference (ILRC 2006). 24–28 July. Nara, Japan. P. 47–50 / Chikao Nagasawa, Nobuo Sugimoto, Editors. The Conf. Steering Committee of the 23rd ILRC, 2006.
9.Банах В.А., Вернер Х., Верген В., Кресс А., Криволуцкий Н.П., Лайке И., Смалихо И.Н., Штрайхер Й. Моделирование восстановления ветра из измерений космическим когерентным доплеровским лидаром // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14. № 10. С. 943–951.
10.Smalikho I.N. Techniques of wind vector estimation from data measured with a scanning coherent Doppler lidar // J. Atmos. and Ocean. Technol. 2003. V. 20. N 2. P. 276–291.
11.Банах В.А., Вернер Х., Криволуцкий Н.П., Смалихо И.Н. Точность метода вариационной аккумуляции спектров оценки скорости ветра из доплеровских лидарных данных в турбулентной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16. № 8. С. 714–718.
12.Gal-Chen T., Xu M., Eberhard W.L. Estimations of atmospheric boundary layer fluxes and other turbulence parameters from Doppler lidar data // J. Geophys. Res. D. 1992. V. 97. N 17. P. 18,409–18,423.
13.Банах В.А., Смалихо И.Н. Оценивание скорости диссипации турбулентной энергии из данных импульсного доплеровского лидара // Оптика атмосф. и океана. 1997. Т. 10. № 12. С. 1524–1538.
14.Banakh V.A., Smalikho I.N., Kopp F., Werner Ch. Measurements of turbulent energy dissipation rate with a cw Doppler lidar in the atmospheric boundary layer // J. Atmos. and Ocean. Technol. 1999. V. 16. N 8. P. 1044–1061.
15.Frehlich R., Cornman L. Estimating spatial velocity statistics with coherent Doppler lidar // J. Atmos. and Ocean. Technol. 2002. V. 19. N 3. P. 355–366.
16.Smalikho I.N., Kцpp F., Rahm S. Measurement of atmospheric turbulence by 2-?m Doppler lidar // J. Atmos. and Ocean. Technol. 2005. V. 22. N 11. P. 1733–1747.
17.Банах В.А., Рам Ш., Смалихо И.Н., Фалиц Ф.В. Измерение параметров атмосферной турбулентности сканирующим в вертикальной плоскости импульсным когерентным ветровым лидаром // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20. № 12. С. 1115–1120.
18.Винниченко Н.К., Пинус Н.З., Шметер С.М., Шур Г.Н. Турбулентность в свободной атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 287 с.
19.Кауль Б.В. Уравнение лазерного зондирования слабо анизотропной среды // Оптика атмосф. и океана. 1998. T. 11. № 4. C. 388–393.
20.Кауль Б.В. Симметрия матриц обратного рассеяния света в связи с ориентацией несферических аэрозольных частиц // Оптика атмосф. и океана. 2000. T. 13. № 10. C. 895–900.
21.Volkov S.N., Kaul B.V., Samokhvalov I.V. Optimal method of linear regression in laser remote sensing // Appl. Opt. 2002. V. 41. N 24. P. 5078–5083.
22.Кауль Б.В., Волков С.Н., Самохвалов И.В. Результаты исследований кристаллических облаков посредством лидарных измерений матриц обратного рассеяния света // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16. № 4. С. 354–361.
23.Kaul B.V., Samokhvalov I.V., Volkov S.N. Investigating Particle Orientation in Cirrus Clouds by Measuring Backscattering Phase Matrices with Lidar // Appl. Opt. 2004. V. 43. N 36. P. 6620–6628.
24.Кауль Б.В., Самохвалов И.В. Ориентация частиц кристаллических облаков Ci: Часть 2. Азимутальная ориентация // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19. № 1. C. 44–48.
25.Кауль Б.В., Самохвалов И.В. Ориентация частиц кристаллических облаков Ci: Часть 1. Ориентация при падении // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18. № 11. C. 963–967.
26.Ромашов Д.Н. Матрица обратного рассеяния для монодисперсных ансамблей гексагональных ледяных кристаллов // Оптика атмосф. и океана. 1999. Т. 12. № 5. С. 392–400.
27.Balin Yu., Kaul B., Kokhanenko G., Winker D. Application of circularly polarized laser radiation for sensing of crystal clouds // Opt. Express. 2009. V. 17. Issue 8. P. 6849–6859.
28.Зуев В.Е., Креков Г.М., Крекова М.М. Исследование границ применимости уравнения лазерной локации при оптическом зондировании облаков // Изв. вузов. Физ. 1974. № 8. С. 13–20.
29.Зуев В.Е., Креков Г.М., Матвиенко Г.Г., Попков А.И. Исследование поляризационных характеристик сигналов обратного рассеяния при лазерном зондировании облаков // Лазерное зондирование атмосферы. М.: Наука, 1976. С. 29–46.
30.Кауль Б.В., Самохвалов И.В. Уравнение лазерной локации атмосферы с учетом двукратного рассеяния // Изв. вузов. Физ. 1975. № 8. С. 109–113.
31.А.с. 473143 СССР. Способ определения коэффициента ослабления оптического излучения жидкокапельными метеообразованиями / Ю.С. Балин, Г.Г. Матвиенко, В.С. Шаманаев. Опубл. в БИ. 1975. № 21.
32.Веретенников В.В. Метод асимптотического сигнала в теории лидарного зондирования при многократном рассеянии // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14. № 1. С. 42–48.
33.Veretennikov V.V. Structure of a lidar return from sea water in the small-angle multiple scattering approximation // Proc. SPIE. 1999. V. 3983. P. 260–270.
34.Веретенников В.В. Лидарное уравнение в приближении второго порядка для сред с сильно вытянутой индикатрисой рассеяния // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14. № 10. С. 917–923.
35.Самойлова С.В. Теория кратного рассеяния и ее приложения к задачам лазерного зондирования аэрозолей // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14. № 3. С. 180–186.
36.Veretennikov V.V. Algorithms for reconstruction of the extinction coefficient profile in sea water from multiply scattered lidar signals // Proc. SPIE. 1999. V. 3983. P. 364–371.
37.Veretennikov V.V., Kokhanenko G.P., Shamanaev V.S. Interpretation of the Data of Sea–Water Lidar Sensing // Advances in Laser Remote Sensing. Part 2. Advances in Lidar. Selected papers presented at the 20th International Laser Radar Conference (ILRC). Vichy, France. 10–14 July 2000. P. 145–148.
38.Veretennikov V.V., Abramotchkin A.I., Abramotch-kin S.A. Experimental research of stratocumulus cloudiness above city of Tomsk with changeable field-of-view lidar // Proc. SPIE. 2003. V. 5059. P. 179–188.
39.Веретенников В.В., Абрамочкин А.И. Определение оптических и микроструктурных характеристик облаков при лазерном зондировании с учетом многократного рассеяния // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22. № 7. С. 671–680.
40.Зуев В.Е., Козлов Н.В., Макиенко Э.В., Наац И.Э., Самохвалов И.В. Некоторые результаты зондирования микроструктуры стратосферного аэрозоля многочастотным лидаром // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1977. Т. 13. № 6. С. 648–654.
41.Ельников А.В., Маричев В.Н., Шелевой К.Д., Шелефонтюк Д.И. Лазерный локатор для исследования вертикальной стратификации аэрозоля // Оптика атмосф. 1988. Т. 1. № 4. С. 117–123.
42.Бурлаков В.Д., Ельников А.В., Зуев В.В., Маричев В.Н. Многочастотный лидар на базе приемного телескопа с диаметром 2,2 м для одновременного зондирования вертикального распределения озона и аэрозоля в стратосфере // Оптика атмосф. и океана. 1992. Т. 5. № 10. С. 1022–1027.
43.Бурлаков В.Д., Долгий С.И., Невзоров А.В. Модернизация измерительного комплекса Сибирской лидарной станции // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17. № 10. С. 857–864.
44.Зуев В.В., Балин Ю.С., Букин О.А., Бурлаков В.Д., Долгий С.И., Кабашников В.П., Невзоров А.В., Осипенко Ф.П., Павлов А.Н., Пеннер Н.Э., Самойлова С.В., Столярчук С.Ю., Чайковский А.П., Шмирко К.А. Результаты совместных лидарных наблюдений аэрозольных возмущений стратосферы на станциях сети CIS-LiNet в 2008 г. // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22. № 5. С. 450–456.
45.Зуев В.В., Ельников А.В., Бурлаков В.Д. Лазерное зондирование средней атмосферы / Под общ. ред. В.В. Зуева. Томск: Изд-во РАСКО, 2002. 352 с.
46.Зуев В.В., Бурлаков В.Д. Сибирская лидарная станция: 20 лет оптического мониторинга стратосферы. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2008. 226 с.
47.Weatherhead E.C., Andersen S.B. The search for signs of the ozone layer // Nature (Gr. Brit.) 2006. V. 441. doi: 10.1038. P. 39–45.
48.Черемисин А.А., Кушнаренко А.В., Маричев В.Н., Николашкин С.В., Новиков П.В. Метеорологические условия и полярные стратосферные облака над г. Якутском зимой 2004/2005 г. // Метеорол. и гидрол. 2007. № 3. P. 43–53.
49.Luther G.G., Newel A.C., Moloney J.V., Wright E.M. Short-pulse conical emission and spectral broadening in normaly dispersive media // Opt. Lett. 1994. V. 19. N 11. P. 789–791.
50.Le Blanc C., Curley P., Salin F. Gain-narrowing and gain-shifting of ultra-short pulses in Ti:Sapphire amplifiers // Opt. Commun. 1996. V. 131. N 4–6. P. 391–398.
51.Nibbering E.T.J., Curley P.F., Grillon G., Prade B.S., Salin F., Mysyrowicz A. Conical emission from self-guided femtosecond pulses in air // Opt. Lett. 1996. V. 21. N 1. P. 62–64.
52.Rairoux P., Schillinger H., Niedermeier S. Remote sensing of the atmosphere using ultrashort laser pulses // Appl. Phys. B. 2000. V. 71. N 4. P. 573–580.
53.Матвиенко Г.Г., Веретенников В.В., Креков Г.М., Крекова М.М. Дистанционное зондирование атмосферных аэрозолей с использованием фемтосекундного лидара белого света // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16. № 12. С. 1107–1115.
54.Bourayou R., Mejean G., Kasparian J., Rodrigues M., Salmon E.Yu. White-light filaments for multiparameter analysis of cloud microphysics // J. Opt. Soc. Amer. B. 2005. V. 22. N 2. P. 369–377.
55.Креков Г.М., Крекова М.М., Суханов А.Я. Оценка эффективности использования перспективных лидаров белого света для зондирования микрофизических параметров слоистой облачности: 1. Аналитический обзор // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22. № 7. C. 661–670.
56.Креков Г.М., Крекова М.М., Суханов А.Я. Оценка эффективности использования перспективных лидаров белого света для зондирования микрофизических параметров слоистой облачности: 2. Итерационный алгоритм // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22. № 8. C. 795–802.
57.Креков Г.М., Крекова М.М., Суханов А.Я. Оценка эффективности использования перспективных лидаров белого света для зондирования микрофизических параметров слоистой облачности: 3. Решение обратной задачи // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22. № 9. C. 862–872.