Том 22, номер 04, статья № 6

Аннотация:

Разработана методика интерпретации данных зондирования многочастотным рамановским лидаром. Предложен алгоритм разделения аэрозольных слоев с различными рассеивающими свойствами с последующей оценкой среднего значения лидарного отношения и параметра Ангстрема в пределах слоя, что позволяет минимум в два раза снизить погрешности восстановления коэффициента обратного рассеяния по данным дневных наблюдений. Для интерпретации ночных измерений разработан устойчивый алгоритм численного дифференцирования для определения коэффициента ослабления, основанный на преобразовании области допустимых значений и требующий решения нелинейных уравнений. Для линеаризации предусмотрена итерационная процедура, использование которой приводит к повышению разрешения по сравнению с традиционными методами. Реализация методов в условиях априорной неопределенности позволяет использовать их для обработки рутинных лидарных измерений.

Ключевые слова:

рамановский лидар, аэрозоль, коэффициенты ослабления и обратного рассеяния, лидарное отношение, методы восстановления оптических параметров

Список литературы:

1. Winker D.M., Pelon J., McCormick M.P. The CALIPSO mission: Spaseborne lidar for observations of aerosols and clouds // Proc. SPIE. 2003. V. 4893. P. 1-11.
2. Bosenberg J., Ansmann A., Baldasano J.M., Balis D., Bockmann C., Calpini B., Chaikovsky A., Flamant P., Hagard A., Mitev V., Papayannis A., Pelon J., Resendes D., Schneider J., Spinelli N., Trickl T., Vaughan G., Visconti G., Wiegner M. EARLINET: a European aerosol research lidar network // Advances in Laser Remote Sensing / A. Dabas, C. Loth, and J. Pelon, eds. Editions de L'Ecole Polytechnique. 2001. P. 155-158.
3. Murayama T., Sugimoto N., Uno I., Kinoshita K., Aoki K., Hagiwara N., Liu Z., Matsui I., Sakai T., Shibata T., Arao K., Sohn B.-J., Won J.-G., Yoon S.-C., Li T., Zhou J., Hu H., Abo M., Iokibe K., Koga R., Iwasaka Y. Ground-based network observation of Asian dust events of April 1998 in east Asia // J. Geophys. Res. D. 2001. V. 106. N 16. P. 18345-18359.
4. Chaikovsky A.P., Ivanov A.P., Balin Yu.S., Elnikov A.V., Tulinov G.F., Plusnin I.I., Bukin O.A., Chen B.B. CIS-LINET - Lidar Network for Monitoring Aerosol and Ozone in CIS Regions // Reviewed and Revised Papers Presented at the 23d ILRC / C. Nagasava and N. Sugimoto, eds. Nara, Japan. 2006. P. 671-672.
5. Bockmann C., Wandinger U., Ansmann A., Bosenberg J., Amiridis V., Boselli A., Delaval A., De Tomasi F., Frioud M., Videnov Grigorov I., Hagard A., Horvat M., Iarlori M., Komguem L., Kreipl S., Larcheveque G., Matthias V., Papayannis A., Pappalardo G., Rocadenbosch F., Rodrigues J.A., Schneider J., Shcherbakov V., Wiegner M. Aerosol lidar intercomparison in the framework of the EARLINET project. 2. Aerosol backscatter algorithms // Appl. Opt. 2004. V. 43. N 4. P. 977-989.
6. Pappalardo G., Amodeo A., Pandolfi M., Wandinger U., Ansmann A., Bosenberg J., Matthias V., Amiridis V., De Tomasi F., Frioud M., Iarlori M., Komguem L., Papayannis A., Rocadenbosch F., Wang X. Aerosol lidar intercomparison in the framework of the EARLINET project: 3. Raman lidar algorithm for aerosol extinction, backscatter, and lidar ratio // Appl. Opt. 2004. V. 43. N 28. P. 5370-5385.
7. Chaikovsky A.P., Bril A.I., Barun V.V., Dubovik O., Holben B.N., Goloub P., Sobolewski P. Methodology and sample results of retrieving aerosol parameters by combined multiwavelength lidar and Sun-sky scanning measurements // Proc. SPIE. 2004. V. 5397. P. 146-157.
8. Fernald F.G. Analysis of atmospheric lidar observations: some comments // Appl. Opt. 1984. V. 23. N 5. P. 1609-1613.
9. Kovalev V.A. Lidar measurements of the vertical aerosol extinction profiles with range-dependent backscatter-to-extinction ratios // Appl. Opt. 1993. V. 32. N 30. P. 6053-6065.
10. Kovalev V.A., Eichinger W.E. Elastic Lidar. Theory, Practice, and Analysis Methods. N.Y.: John Wiley & Sons, Inc., 2004. 615 p.
11. Зуев В.Е., Наац И.Э. Обратные задачи лазерного зондирования атмосферы. Новосибирск: Наука, 1982. 242 с.
12. Ackermann J. Two-wavelength lidar inversion algorithm for two-component atmosphere // Appl. Opt. 1997. V. 36. N 21. P. 5134-5143.
13. Spinhirne J.D., Chudamani S., Cavanaugh J.F., Buffon J.L. Aerosol and cloud backscatter at 1.06, 1.54, and 0.53 m by airborne hard-target calibrated Nd:YAG/methane Raman lidar // Appl. Opt. 1997. V. 36. N 15. P. 3475-3490.
14. Angstrom A. Circumsolar radiation as a measure of the turbidity of the atmosphere. Part 2 // Appl. Opt. 1974. V. 13. N 6. P. 1477-1480.
15. Ansmann A., Wandinger U., Riebesell M., Weitkamp C., Michaelis W. Independent measurement of the extinction and backscatter profiles in cirrus clouds by using a combined Raman elastic-backscatter lidar // Appl. Opt. 1992. V. 31. N 33. P. 7113-7131.
16. Юнге Х.E. Химический состав и радиоактивность атмосферы. М.: Мир, 1965. 424 с.
17. Розенберг Г.В. Восстановление микрофизических параметров аэрозоля по данным комплексных оптических измерений // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1976. Т. 12. № 11. С. 1159-1167.
18. Bohren F.C., Huffman D.R. Absorption and Scattering of Light by Small Particles. N. Y.: John Wiley & Sons, Inc., 1983. 530 р.
19. Omar A.H., Winker D.M., Won J.-G. Aerosol models for the CALIPSO lidar inversion algorithms // Proc. SPIE. 2004. V. 5240. P. 153-164.
20. Omar A.H., Won J.-G., Winker D.M., Yoon S.-C., Dubovik O., McCormick M.P. Development of global aerosol models using cluster analysis of Aerosol Robotic Network (AERONET) measurements // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. D10S14, doi:10.1029/2004JD004874.
21. Veselovskii I., Kolgotin A., Griaznov V., Muller D., Franke K., Whiteman D.M. Inversion of multiwavelength Raman lidar data for retrieval of bimodal aerosol size distribution // Appl. Opt. 2004. V. 43. N 5. P. 1180-1195.
22. Ackerman J. The extinction-to-backscatter ratio of tropospheric aerosol: a numerical study // J. Atmos. Ocean. Techn. 1998. V. 15. N 4. P. 1043-1050.
23. del Guasta M., Morandi M., Stefanutti L., Brechet J., Piquad J. One year of cloud lidar data from d'Urville (Antarctica). 1. General overview of geometrical and optical properties // J. Geophys. Res. D. 1993. V. 98. N 10. P. 18575-18587.
24. www.earlinet.org
25. Shcherbakov V. Regularized algorithm for Raman lidar data processing // Appl. Opt. 2007. V. 46. N 22. P. 4879-4889.
26. Pornsawad P., Bockmann C., Ritter C., Rafler M. Ill-posed retrieval of aerosol extinction coefficient profiles from Raman lidar data by regularization // Appl. Opt. 2008. V. 47. N 10. P. 1649-1661.
27. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1986. 287 c.
28. Самойлова С.В., Балин Ю.С., Ершов А.Д. Устойчивый метод восстановления оптических характеристик аэрозольных полей по данным комбинационного лазерного зондирования // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2003. T. 39. № 3. C. 395-404.
29. Василенко Г.И. Теория восстановления сигналов. М.: Сов. радио, 1979. 292 с.
30. Muller D., Wandinger U., Ansmann A. Microphysical particle parameters from extinction and backscatter lidar data by inversion with regularization: Theory // Appl. Opt. 1999. V. 38. N 12. P. 2346-2357.
31. Bockmann C., Mironova I., Muller D., Schneidenbach L., Nessler R. Microphysical aerosol parameters from multiwavelength lidar // J. Opt. Soc. Amer. A. 2005. V. 22. N 3. P. 518-528.