Том 30, номер 07, статья № 6

Аннотация:

Представлены результаты анализа микрофизических характеристик аэрозоля по данным ночных измерений рамановским лидаром в Томске (56° с.ш., 85° в.д.) в 2013 г. Рассмотрены теоретические аспекты восстановления функции распределения частиц по размерам U(r) при заданном показателе преломления m. Показано, что грубодисперсная фракция однозначно не восстанавливается. Предложена параболическая аппроксимация среднего размера крупных частиц R_coarse, которая позволяет определять функции распределения частиц до 3 мкм. Доказано, что при совместной оценке рассматриваемых параметров восстановленный показатель преломления нелинейно связан с оптическими коэффициентами и функцией распределения, что приводит к появлению различных, в том числе и ложных значений показателя преломления. Получены численные оценки параметров для пограничного слоя и средней тропосферы.

Ключевые слова:

аэрозоль, лидар, функция распределения частиц по размерам, показатель преломления

Список литературы:

1. Bösenberg J., Ansmann A., Baldasano J. M., Balis D., Böckmann C., Calpini B., Chaikovsky A., Flamant P., Hågård A., Mitev V., Papayannis A., Pelon J., Resen-des 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, J. Pelon, (eds.). Paris: Editions de L’Ecole Polytechnique, 2001. P. 155–158.
2. 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.
3. 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, N. Sugimoto. (eds.). Nara, Japan, 2006. P. 671–672.
4. Böckmann C., Wandinger U., Ansmann A., Bösenberg J., Amiridis V., Boselli A., Delaval A., de Tomasi F., Frioud M., Videnov Grigorov I., Hågård 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.
5. Pappalardo G., Amodeo A., Pandolfi M., Wandinger U., Ansmann A., Bösenberg 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.
6. URL: www.earlinet.org (NA3 folder)
7. Holben B.N., Eck T.F., Slutsker I., Tanré D., Buis J.P., Setzer A., Vermote E., Reagan J.A., Kaufman Y., Nakajima T., Lavenu F., Jankowiak I., Smirnov A. AERONET – A federated instrument network and data archive for aerosol characterization // Rem. Sens. Environ. 1998. V. 66. P. 1–16.
8. Dubovik O.V., Lapyonok T.V., Oshchepkov S.L. Improved technique for data inversion: Optical sizing of multicomponent aerosols // Appl. Opt. 1995. V. 34. P. 8422–8436.
9. Dubovik O.V., King M.D. A flexible inversion algorithm for retrieval of aerosol optical properties from Sun and sky radiance measurements // J. Geophys. Res. D. 2000. V. 105, N 16. P. 20673–20696.
10. Зуев В.Е., Наац И.Э. Обратные задачи лазерного зондирования. Новосибирск: Наука, 1982. 240 с.
11. Müller 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.
12. Böckmann C. Hybrid regularization method for the ill-posed inversion of multiwavelength lidar data in the retrieval of aerosol size distribution // Appl. Opt. 2001. V. 40, N 9. P. 1329–1342.
13. Veselovskii I., Kolgotin A., Griaznov V., Müller 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.
14 Bohren F.C., Huffman D.R. Absorption and scattering of light by small particles. New York: John Wiley & Sons, 1983. 530 p.
15. Böckmann C., Mironova I., Müller D., Schneidenbach L., Nessler R. Microphysical aerosol parameters from multiwavelength lidar // J. Opt. Soc. Am. A. 2005. V. 22, N 3. P. 518–528.
16. Veselovskii I., Kolgotin A., Müller D., Whiteman D.M. Information content of multiwavelength lidar data with respect to microphysical particle properties derived from eigenvalue analysis // Appl. Opt. 2005. V. 44, N 25. P. 5292–5303.
17. Chemyakin E., Müller D., Burton Sh., Kolgotin A., Hostetler Ch., Ferrare R. Arrange and average algorithm for the retrieval of aerosol parameters from multiwavelength high-spectral-resolution lidar/Raman lidar data // Appl. Opt. 2014. V. 53, N 31. P. 7252–7266.
18. Самойлова С.В. Восстановление комплексного показателя преломления по лидарным измерениям: возможности и ограничения // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 3. С. 197–206.
19. Samoilova S.V., Sviridenkov M.A., Penner I.E. Retrieval of the particle size distribution function from the data of lidar sensing under the assumption of known refractive index // Appl. Opt. 2016. V. 55, N 28. P. 8022–8029.
20. Samoilova S.V., Balin Yu.S. Reconstruction of the aerosol optical parameters from the data of sensing with a multifrequency Raman lidar // Appl. Opt. 2008. V. 47, N 36. P. 6816–6831.
21. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1986. 285 с.
22. Василенко Г.И. Теория восстановления сигналов. М.:  Сов. радио, 1979. 272 с.
23. Самойлова С.В., Пеннер И.Э., Коханенко Г.П., Балин Ю.С. Аэрозольные слои тропосферы: однородность в высотном распределении оптических и микрофизических характеристик // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 12. С. 1043–1049.
24. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Козлов А.С., Малышкин С.Б., Симоненков Д.В., Антохин П.Н. Нуклеационные всплески в атмосфере бореальной зоны Западной Сибири. Часть I. Классификация и повторяемость // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 9. С. 766–774.
25. Обвинцев Ю.И., Иорданский М.А., Емиленко А.С., Свириденков М.А. Исследование оптических и микрофизических характеристик субмикронного аэрозоля в условиях мегаполиса (на примере города Пекина) // Сб. трудов «Восьмых Петряновских чтений». Москва, 28–30 июня 2011 г. М.: МГИУ, 2011. C. 172–183.