Журнал «Оптика атмосферы и океана»

Том 27, номер 05, статья № 6

Маричев В. Н., Бочковский Д. А. Исследование возможностей лидарных измерений температуры атмосферы Земли из космоса. // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. № 05. С. 399-406. PDF
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Выполнен анализ возможности лидарных измерений температуры атмосферы в УФ-области спектра с борта международной космической станции. В качестве передатчика лидара был взят твердотельный Nd:YAG-лазер с излучением на 3-й и 4-й гармониках с длинами волн 355 и 266 нм.
Показано, что с излучением на длине волны 355 нм лидаром с доступными параметрами на уровне 10% погрешности измерений в ночное время можно охватить диапазон высот измерений в среднем от 20 до 70 км (ниже расчеты не проводились). При малом поле зрения приемной антенны около 0,1 мрад и узких полосах пропускания светофильтров порядка 1 нм измерения температуры реализуемы в интервале высот от 20 до 40 км днем и 20–70 км, начиная с сумеречного времени суток.
Несмотря на большие сигналы, получаемые лазером с длиной волны 266 нм, его использование в лидаре невозможно из-за влияния поглощения излучения озоном. Последнее при расчете температуры по измеренным лидарным сигналам за счет систематической ошибки приводит к ее ложным отклонениям от реальных значений.

Ключевые слова:

космос, атмосфера, космический аппарат, лидар, вертикальное распределение температуры

Список литературы:

1. Schoeberl M.R., Douglass A.R., Hilsenrath E., Bhartia P.K., Beer R., Waters J.W., Gunson M.R., Froidevaux L., Gille J.C., Barnett J.J., Levelt P.F., DeCola P. Overview of the EOS Aura Mission // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2006. N 5. P. 1066–1074.
2. Зуев В.В., Маричев В.Н., Бондаренко С.Л. Лидарные измерения температуры по рэлеевскому рассеянию света в нижней стратосфере за период май–декабрь 1995 г. // Оптика атмосф. и океана. 1996. Т. 9, № 10. С. 1386–1393.
3. Hauchecorne A., Chanin M.-L. Density and temperature profiles obtained by lidar between 35 and 75 km // Geophys. Res. Lett. 1980. V. 7, N 8. Р. 565–568.
4. Thomas L. Laser structure and compositions // Phil. Trans. Roy. Soc. London. A. 1987. V. 323. Р. 597–609.
5. Russell Ph.C. Lidar profiles of atmospheric structure properties // Proc. SPIE. 1991. V. 1492. P. 76–83.
6. Hinkley E.D. Laser monitoring the atmosphere. Berlin; Heidelberg; New York: Springer-Verlag, 1976. 380 р.
7. Cooney J.A. Measurements on the Raman component of laser atmospheric backscatter // Appl. Phys. Lett. 1968. V. 12, N 40. P. 40–42.
8. Аршинов Ю.Ф. Измерение температуры атмосферы лидаром по вращательным спектрам КР N₂ и О₂ // Спектроскопические методы зондирования атмосферы. Новосибирск: Наука, 1985. С. 94–107.
9. Strauch R.G., Derr V.E., Cupp R.E. Atmospheric temperature measurement using Raman backscattering // Appl. Opt. 1971. N 10. P. 2665–2669.
10. Melfi S.H. Comparison of raman lidar and radiosonde measurements of atmospheric moisture and temperature profiles // Ibid. Р. 230–233.
11. Third International Lidar Researchers Directory / Compled by M.P. McCormick. NASA Langley Rescarch Center. Hampton Virginia, 23681-0001. 1993.
12. Зуев В.В., Маричев В.Н., Бондаренко С.Л., Долгий С.И., Шарабарин Е.В. Предварительные результаты зондирования температуры в тропосфере СКР-лидаром на первом колебательно-вращательном переходе молекул азота // Оптика атмосф. и океана. 1996. Т. 9, № 12. С. 1609–1611.
13. Зуев В.В., Маричев В.Н., Долгий С.И., Шарабарин Е.В. Лидарный комплекс для измерения составляющих и параметров атмосферы // Краткие тезисы докл. III Межреспубл. симпоз. «Оптика атмосферы и океана». Томск, 1996. С. 211–212.
14. Mason J. Lidar measurement of temperature. A new approach // Appl. Opt. 1975. V. 14, N 1. Р. 76–78.
15. Самохвалов И.В., Копытин Ю.Д., Зуев В.В. Лазерное зондирование тропосферы и подстилающей поверхности. Новосибирск: Наука, 1987. 262 с.
16. Bills R.E., Gardner C.S., Franke S.J. Na Doppler/temperature lidar: initial mesopause region observations and comparison with the urbana medium frequency radar // J. Geophys. Res. D. 1991. V. 96, N 12. P. 22701–22707.
17. Gelbwachs J.A. Iron Boltzman Factor LIDAR: proposed new remote-sensing technique for mesospheric temperature // Appl. Opt. 1994. V. 33, N 30. P. 7151–7156.
18. Маричев В.Н., Бочковский Д.А. Лидарные измерения плотности воздуха в средней атмосфере. Часть 1. Моделирование потенциальных возможностей при зондировании в видимой области спектра // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 7. С. 553–563.
19. Маричев В.Н., Бочковский Д.А. Лидарные измерения плотности воздуха в средней атмосфере. Часть 2. Моделирование потенциальных возможностей при зондировании в УФ-области спектра // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 8. С. 701–704.
20. Ипполитов И.И., Комаров В.С., Мицель А.А. Оптикометеорологическая модель атмосферы для моделирования лидарных измерений и расчета распространения радиации // Спектрометрические методы зондирования атмосферы. Новосибирск: Наука, 1985. С. 4–44.
21. Dozier J. A clear-sky spectral solar radiation model for snow-covered mountainous terrain // Water Recour. Res. 1980. V. 16, N 4. P. 709–718.
22. URL: http://about-space.ru/rasseyanscet?start=41
23. Зуев В.Е., Комаров В.С. Статистические модели температуры и газовых компонент атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 264 с.
24. Molina L.T., Molina M.J. Absolute absorption cross sections of ozone in the 185–150 nm wavelength range // J. Geophys. Res. 1986. V. 91, N 13. P. 14501–14508.