Том 23, номер 10, статья № 12

Букин О.А., Павлов А.Н., Салюк П.А., Голик С.С., Ильин А.А., Бубновский А.Ю. Лазерные технологии исследования океана. // Оптика атмосферы и океана. 2010. Т. 23. № 10. С. 926-934.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Дан обзор использования современных лазерных технологий исследования океана. Приведены результаты разработки лазерных методов для исследования гидрофизических процессов, мониторинга фитопланктонных сообществ и определения элементного состава морской воды и клеток фитопланктона. Описан судовой гидролидарный комплекс, позволяющий восстанавливать структуру светорассеивающих слоев и проводить регистрацию внутренних волн. Рассмотрены основные результаты применения лазерной флуорометрии для мониторинга фитопланктонных сообществ, а также для проведения подспутниковых измерений сканеров цвета морской поверхности и разработки региональных алгоритмов восстановления концентрации хлорофилла "А" из спутниковых данных. Приведены основные результаты, полученные при разработке метода лазерной искровой спектроскопии с использованием лазерных импульсов наносекундной и фемтосекундной длительности для определения концентрации элементов, входящих в состав морской воды и клетки фитопланктона.

Ключевые слова:

лазер, гидролидар, флуориметр, лазерная индуцированная флуоресценция, лазерная искровая спектроскопия

Список литературы:

1. Bright D. Hydrographic airborne laser sounder // Naval Eng. J. 1980. V. 92, N 2. P. 54-62.
2. Abroskin A.G., Bunkin A.F., Vlasov D.V., Gorbunov A.L., Mirkamilov D.M. Full-scale experiments with laser aerial sounding at the Chayka facility // Works of the General Physics Institute: Remote sensing of the ocean (Trudy IOFAN: Distantsionnoye zondirovaniye okeana). 1986. V. 1. P. 29-47.
3. Bukin O.A., Major A.Yu., Pavlov A.N., Shevtsov B.M., Kholodkevich E.D. Measurement of the lightscattering layers structure and detection of the dynamic processes in the upper ocean layer by shipborne lidar // Int. J. Remote Sens. 1998. V. 19, N 4. P. 707-715.
4. Hoge F.E., Wriglit С.W., Krabill W.В., Buntzen R.R. Airborne lidar detection of subsurface oceanic scattering layers // Appl. Opt. 1988. V. 27, N 19. P. 3969-3977.
5. Коханенко Г.П., Пеннер И.Э., Шаманаев В.С. Авиалидарные исследования морской акватории. Ч. 1. Короткие трассы // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14, № 12. С. 1132-1136.
6. Бекиев А.Ю., Фадеев В.В. Влияние температуры, солей, кислот на форму линии комбинационного рассеяния воды // Докл. АН СССР. 1982. Т. 262, № 2. С. 328-331.
7. Dylis D.D. A Raman technique for measurement of aqueous acid solution // Opt. Ing. 1974. V. 13, N 6. P. 502-505.
8. Chang C.H., Young L.A. Remote measurement of ocean temperature from depolarization in Raman scattering // The use of lasers for hydro-graphic studies. NASA SP-375 / Edited by H. Kim Hongsuk and Philip T. Ryan. 207 p. Publ. by NASA, Washington, D.C., 1975. P. 105.
9. Hoge F.E., Swift R.N. Airborne simultaneous spectroscopic detection of laser-induced water Raman backscatter and fluorescence of chlorophyll a and other naturally occurring pigments // Appl. Opt. 1981. V. 20, N 18. P. 3197-3205.
10. Babichenko S., Poryvkina L., Arikese V., Kaitala S., Kuosa H. Remote Sensing of Phytoplankton Using Laser-Induced-Fluorescence // Remote Sens. Environ. 1993. V. 45, N 1. P. 43-50.
11. Barbini R., Colao F., Fantoni R., Palucci A., Ribezzo S. Differential lidar fluorosensor system used for phytoplankton bloom and seawater quality monitoring in Antarctica // Int. J. Remote Sens. 2001. V. 22, N 2/3. P. 369-384.
12. Алешин И.В. Оптические методы и средства оперативного контроля экологического состояния морской среды // Оптич. ж. 2001. Т. 68, № 4. С. 27-36.
13. Karpicz R., Dementjev A., Kuprionis Z., Pakalnis S., Westphal R., Reuter R., Gulbinas V. Oil spill fluorosensing lidar for inclined onshore or shipboard operation // Appl. Opt. 2006. V. 45, N 25. P. 6620-6625.
14. Brown E.D., Churnside J.H., Collins R.L., Veenstra T., Wilson J.J., Abnett K. Remote sensing of capelin and other biological features in the North Pacific using lidar and video technology // ICES J. Marine Sci. 2002. V. 59. P. 1120-1130.
15. Krekova M.M., Krekov G.M., Samоkhvalov I.V., Shamanaev V.S. Numerical evaluation of the possibilities of remote laser sensing of fish schools // Appl. Opt. 1994. V. 33, N 24. P. 5715-5720.
16. Ott L.M. Underwater ranging measurements using blue-green laser // NAVAIRDEVCEN Report. 1965. N NADC-AE-6519. Naval Air Develop-ment Center, Warminster, PA.
17. Sorenson G.P., Honey R.C., Payne J.R. Analysis of the use of airborne laser radar for submarine detection and ranging // SRI Repor. 1966. N 5583. Stanford Research Institute.
18. Ivanov A.P., Skrelin A.L., Sherbaf I.D. Study of optical characteristics of water media using pulsed sounding // ZhPS. 1972. V. 17, N 2. P. 232-240.
19. Carswell A.I., Sizgoric S. Underwater probing with laser radar // The use of lasers for hydrographic studies. NASA SP-375 / Edited by H. Kim Hongsuk and Philip T. Ryan. 207 p. Publ. by NASA, Washington, D.C., 1975. P. 89.
20. Hoge F.E., Swift R.N., Frederick E.B. Water depth measurement using an airborne pulsed neon laser system // Appl. Opt. 1980. V. 19, N 6. P. 871-883.
21. Bunkin A.F., Vlasov D.V., Galumyan A.S., Mal'tsev D.V., Mirkamilov D.M., Slobodyanin V.P. Versatile airborne laser system for remote probing of ocean, atmosphere and farmland // Sov. Phys. Tech. Phys. 1984. V. 29, N 11. P. 1284-1287.
22. Balandin V.N., Volodarskiy R.D. Laser instruments for measuring the depth of shallow water // Geodeziya i kartografiya. 1979. N 2. P. 58-61.
23. O'Neil R.A. Field trials of a lidar bathymeter in the Magdalen islands // Proc. 4th Laser Hydro. Symp., ERL-0193-SD, Sept. 30-Oct. 3, 1980. Australian Defence Research Centre, Salisbury, South Australia. 1981. P. 56-84.
24. Penny M.F. Laser hydrography in Australia // Proc. Int'l. Conf. on Lasers '81, Dec. 14-18, 1981. 1981. P. 1029-1042.
25. Steinvall O., Klevebrant H., Lexander J., Widen A. Laser depth sounding in the Baltic Sea // Appl. Opt. 1981. V. 20, N 19. P. 3284-3286.
26. Иванов А.П., Калинин И.И., Колесник А.И., Бондаренко П.П. Особенности измерения показателей ослабления и поглощения воды методом импульсного зондирования // Ж. прикл. спектроскопии. 1986. Т. 29, № 4. С. 710-716.
27. Браво-Животовский Д.М., Гордеев Л.Б., Долин Л.С. Определение показателей поглощения света морской водой // Океанология. 1979. Т. 19, № 1. С. 168-174.
28. Власов Д.В., Стрельцов В.Н. Об учете влияния поверхностного волнения на временную структуру импульса эхо-сигнала мутности при измерении коэффициента рассеяния верхнего слоя океана методом лазерного аэрозондирования // Тезисы докл. на Всесоюз. семинаре-совещании "Проблемы лазерного аэрозондирования поверхности Земли", Ташкент, 1984. C. 19-20.
29. Власов Д.В., Слободянин В.П., Стрельцов В.Н. О зависимости величины эхо-сигнала от глубины зондирования при регулярном волнении поверхности // Тезисы докладов на Всесоюз. семинаре-совещании "Проблемы лазерного аэрозондирования поверхности Земли". Ташкент, 1984. C. 27-28.
30. Букин О.А., Ильичёв В.И., Майор А.Ю., Павлов А.Н., Стафиевский А.Г., Тяпкин В.А. Судовой гидролидарный комплекс для зондирования верхнего слоя океана // Оптика атмосф. и океана. 1994. Т. 7, № 10. C. 1403-1409.
31. Фадеев В.В. Дистанционное лазерное зондирование фотосинтезирующих организмов // Квант. электрон. 1978. Т. 5, № 10. С. 2221-2226.
32. Фадеев В.В., Чекалюк А.М., Чубаров В.В. Нелинейная лазерная флуориметрия сложных органических соединений // Докл. АН СССР. 1982. Т. 262, № 2. С. 338-341.
33. Dudelzak A.E., Babichenko S.M., Poryvkina L., Wassmann P. Spectroscopic Lidar Sensing in Three-Dimensional Profiling of Marine Organics // Int. J. Remote Sens. 2001. V. 22, N 2&3. P. 385-402.
34. Pogosyan S.I., Matorin D.N. Variability in the state of the photosynthetic system of the Black Sea phytoplankton // Oceanologia. 2005. V. 45, N 1. P. 139.
35. Букин О.А., Салюк П.А., Майор А.Ю., Павлов А.Н. Исследование процессов воспроизводства органического вещества клетками фито-планктона методом лазерной индуцированной флуоресценции // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 11. С. 976-982.
36. Bukin O.A., Pavlov A.N., Permyakov M.S., Major A.Yu., Konstantinov O.G., Maleenok A.V., Ogay O.S.A. Continuous measurements of chlorophyll A concentration in the Pacific Ocean by shipborne laser fluorometer and radiometer: comparison with SeaWiFS data // Int. J. Remote Sens. 2001. V. 22, N 2&3. P. 415-427.
37. Кульчин Ю.Н., Вознесенский С.С., Гамаюнов Е.Л., Гурин А.С., Коротенко А.А., Майор А.Ю. Погружной оптоволоконный флуориметр // Приборы и техн. эксперим. 2007. № 6. С. 117-122.
38. Клышко Д.Н., Фадеев В.В. Дистанционное определение концентрации примеси методом лазерной спектроскопии по комбинационному рассеянию // Докл. АН СССР. 1978. Т. 238, № 2. С. 320-323.
39. Карабашев Г.С. Флуоресценция в океане. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 200 с.
40. Falkowski P.G. & Raven J.A. Aquatic Photosynthesis: aquatic Princeton. Princeton: University Press., 2nd edition. January 22, 2007. 500 p.
41. Биологическая продуктивность океана / Под ред. М.Е. Виноградова // Биология океана. Т. 2. М.: Наука, 1977. 399 с.
42. Takahiko Kameda, Joji Ishizaka. Size-Fractionated Primary Production Estimated by a Two-Phytoplankton Community Model Applicable to Ocean Color Remote // Sens. J. of Oceanography. 2005. V. 61. P. 663 -672.
43. Букин О.А., Голик С.С., Салюк П.А., Бауло Е.Н., Ластовская И.А. К вопросу об эффективности возбуждения флуоресценции хлорофил-ла "А" лазерным излучением // Ж. прикл. спектроскопии. 2008. Т. 75, № 2. С. 224-228.
44. Coble P.G. Characterization of marine and terrestrial DOM in seawater using excitation-emission matrix spectroscopy // Mar. Chem. 1996. V. 51, N 4. P. 325-346.
45. Букин О.А., Голик С.С., Салюк П.А., Бауло Е.Н., Ластовская И.А. Изменение спектров лазерной индуцированной флуоресценции мор-ской воды в процессе деградации растворенного органического вещества // Ж. прикл. спектроскопии. 2007. Т. 74, № 1. С. 103-107.
46. Букин О.А., Пермяков М.С., Зенкин О.Л., Хованец В.А., Пузанков К.А., Буров Д.В., Салюк П.А. Сравнительный анализ результатов изме-рения концентраций хлорофилла "А", полученных с использованием данных сканера цвета морской поверхности SeaWiFS и методом лазерной индуцированной флюоресценции в Охотском море // Исслед. Земли из космоса. 2003. № 4. С. 84-90.
47. Martin J.H., Coale K.H., Johnson K.S. et al. Testing the iron hypothesis in ecosystems of the equatorial Pacific Ocean // Nature. 1994. V. 371. P. 123-129.
48. Букин О.А., Павлов А.Н., Сушилов Н.В., Эдуардов С.Л. Использование спектроскопии лазерной искры для анализа элементного состава водных сред // Ж. прикл. спектроскопии. 1990. T. 52, № 5. C. 736-738.
49. Прохоров А.М., Власов Д.В., Ципенюк Д.Ю. Исследование возможности дистанционного определения содержания железа в морской во-де по эмиссионному спектру лазерного пробоя // Ж. прикл. спектроскопии. 1991. T. 55, № 2. С. 313-314.
50. Власов Д.В., Прохоров А.М., Ципенюк Д.Ю. Аналитические возможности элементного анализа водных растворов по эмиссионному спектру лазерного пробоя на поверхности // Ж. прикл. спектроскопии. 1991. T. 55, № 6. C. 919-926.
51. Rusak D.A., Castle B.C., Smith B.W., Winefordner J.D. Recent trends and future of laser-induced plasma spectroscopy // Trends in analytical chemistry. 1998. V. 17, N 8-9. P. 453-460.
52. Pasquini C., Cortez J., Silva L., Gonzaga F. Laser Induced Breakdown Spectroscopy // J. Braz. Chem. Soc. 2007. V. 18, N 3. P. 463-512.
53. Букин О.А., Алексеев А.В., Ильин А.А., Голик С.С., Царёв В.И., Бодин Н.С. Использование лазерной искровой спектроскопии с многоим-пульсным возбуждением плазмы для мониторинга качества морской воды и состояния фитопланктона // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16, № 1. С. 26-32.
54. Ильин А.А., Букин О.А., Буланов В.А., Нагорный И.Г., Голик С.С., Баулов Е.Н. Спектрально-временные характеристики плазмы, генерируемой на поверхности морской воды наносекундным лазерным импульсом // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 7. C. 705-709.
55. Fiched P., Mauchien P., Wagner J.-F., Moulin C. Quantitative elemental determination in water and oil by laser induced breakdown spectroscopy // Anal. chim. acta. 2001. V. 429, N 2. P. 269-278.
56. Букин О.А., Салюк П.А., Майор А.Ю., Голик С.С., Ильин А.А., Буланов А.В., Бауло Е.Н., Акмайкин Д.А. Использование методов лазерной спектроскопии при исследовании элементов углеродного цикла в океане // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 3. C. 229-234.
57. Barbini R., Colao F., Lazic V., Fantoni R., Palucci A., Angelone M. On board LIBS analysis of marine sediments collected during the XVI Italian campaign in Antarctica // Spectrochim. Acta. B. 2002. V. 57, N 7. P. 1203.
58. Baudelet M., Guyon L., Yu J., Wolf J.-P., Amodeo T., Frejafon E., Laloi P. Femtosecond time-resolved laser-induced breakdown spectroscopy for detection and identification of bacteria: A comparison to the nanosecond regime // J. Appl. Phys. 2006. V. 99. P. 084701-1-084701-9.
59. Букин О.А., Голик С.С., Ильин А.А., Кульчин Ю.Н., Соколова Е.Б., Бауло Е.Н. Лазерная искровая спектроскопия жидких сред с возбуждением импульсами фемтосекундной длительности // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 3. C. 296-300.
60. Guyon L., Baudelet M., Amodeo T., Frejafon E., Laloi P., Yu J., Wolf J.-P. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy analysis of Bacteria: What Femto-second Lasers Make Possible // Ultrafast Phenomena XV. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2007. V. 88. P. 193-195.

Вернуться