Том 33, номер 08, статья № 4

Аннотация:

В традиционном чисто вращательном Рамановском (ЧВР) методе температура воздуха определяется из лидарных сигналов с помощью функции восстановления температуры (ФВТ). Коэффициенты ФВТ определяются с помощью эталонного профиля температуры, взятого из модели атмосферы или данных радиозондов. В настоящей работе исследуется устойчивость ФВТ во времени, т.е. устанавливается в какой мере можно использовать коэффициенты функций, определенные в один из дней измерительной кампании, для восстановления температуры в другие дни. Также анализируется ситуация, когда в один из дней измерений отсутствуют эталонные данные (например, из-за обрыва радиозонда) и коэффициенты ФВТ определяются по эталонным данным за оставшиеся дни. Устойчивость пяти ФВТ исследуется на примере ночных профилей температуры, полученных 6, 7 и 8 апреля 2015 г. с помощью ЧВР-лидара ИМКЭС СО РАН (г. Томск). Определена функция, восстанавливающая температуру тропосферы (3–9 км) с наименьшими ошибками за рассматриваемый трехдневный период.

Ключевые слова:

комбинационное рассеяние, лидар, уширение спектральных линий, калибровочная функция, температура тропосферы

Список литературы:

1. Weng M., Yi F., Liu F., Zhang Y., Pan X. Single-line-extracted pure rotational Raman lidar to measure atmospheric temperature and aerosol profiles // Opt. Express. 2018. V. 26, N 21. P. 27555–27571.
2. Mahagammulla Gamage S., Sica R.J., Martucci G., Haefele A. Retrieval of temperature from a multiple channel pure rotational Raman backscatter lidar using an optimal estimation method // Atmos. Meas. Tech. 2019. V. 12, N 11. P. 5801–5816.
3. Chen H., Chen S.Y., Zhang Y.C., Guo P., Chen H., Chen B.L. Robust calibration method for pure rotational Raman lidar temperature measurement // Opt. Express. 2015. V. 23, N 16. P. 21232–21242.
4. He J., Chen S., Zhang Y., Guo P., Chen H. A novel calibration method for pure rotational Raman lidar temperature profiling // J. Geophys. Res.: Atmos. 2018. V. 123, N 19. P. 10925–10934.
5. Yan Q., Wang Y., Gao T., Gao F., Di H., Song Y., Hua D. Optimized retrieval method for atmospheric temperature profiling based on rotational Raman lidar // Appl. Opt. 2019. V. 58, N 19. P. 5170–5178.
6. Cooney J.A. Measurement of atmospheric temperature profiles by Raman backscatter // J. Appl. Meteorol. 1972. V. 11, N 1. P. 108–112.
7. Lidar: Range-resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere / Claus Weitkamp (ed.). New York: Springer-Verlag, 2005. V. 102. 456 p.
8. Arshinov Yu.F., Bobrovnikov S.M., Zuev V.E., Mi-tev V.M. Atmospheric temperature measurements using a pure rotational Raman lidar // Appl. Opt. 1983. V. 22, N 19. P. 2984–2990.
9. Nedeljkovic D., Hauchecorne A., Chanin M.L. Rotational Raman lidar to measure temperature from the ground to 30 km // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1993. V. 31, N 1. P. 90–101.
10. Behrendt A., Reichardt J. Atmospheric temperature profiling in the presence of clouds with a pure rotational Raman lidar by use of an interference-filter-based polychromator // Appl. Opt. 2000. V. 39, N 9. P. 1372–1378.
11. Di Girolamo P., Marchese R., Whiteman D.N., Demoz B.B. Rotational Raman Lidar measurements of atmospheric temperature in the UV // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31, N 1. P. L01106.
12. Бобровников С.М., Надеев А.И. Сравнение методов обработки сигнала при дистанционном измерении температуры по чисто вращательным спектрам комбинационного рассеяния // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 7. С. 580–584; Bobrovnikov S.M., Nadeev A.I. Comparison of signal processing methods in remote temperature measurements by pure rotational Raman spectra // Atmos. Ocean. Opt. 2010. V. 23, N 6. P. 523–527.
13. Newsom R.K., Turner D.D., Goldsmith J.E.M. Long-term evaluation of temperature profiles measured by an operational Raman lidar // J. Atmos. Ocean. Technol. 2013. V. 30, N 8. P. 1616–1634.
14. Lee III R.B. Tropospheric temperature measurements using a rotational Raman lidar: Ph.D. dissertation. [Electronic resource]. Hampton University, Hampton, Virginia. 2013. 112 pp. URL: https://pqdtopen.proquest.com/ doc/1437652821.html?FMT=ABS (last access: 12.04.2020).
15. Jia J., Yi F. Atmospheric temperature measurements at altitudes of 5–30 km with a double-grating-based pure rotational Raman lidar // Appl. Opt. 2014. V. 53, N 24. P. 5330–5343.
16. Li Y.J., Lin X., Yang Y., Xia Y., Xiong J., Song S.L., Liu L.M., Chen Z.W., Cheng X.W., Li F.Q. Temperature characteristics at altitudes of 5–80 km with a self-calibrated Rayleigh–rotational Raman lidar: A summer case study // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2017. V. 188. P. 94–102.
17. Gerasimov V.V., Zuev V.V. Analytical calibration functions for the pure rotational Raman lidar technique // Opt. Express. 2016. V. 24, N 5. P. 5136–5151.
18. Zuev V.V., Gerasimov V.V., Pravdin V.L., Pavlinskiy A.V., Nakhtigalova D.P. Tropospheric temperature measurements with the pure rotational Raman lidar technique using nonlinear calibration functions // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10, N 1. P. 315–332.
19. Gerasimov V.V. Comparative analysis of calibration functions in the pure rotational Raman lidar technique // Appl. Phys. B. 2018. V. 124, N 7. P. 134.
20. Герасимов В.В. Влияние столкновительного уширения линий на точность измерения температуры тропосферы с помощью чисто вращательных Рамановских лидаров // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 1. С. 14–24.
21. Ya-Juan L., Sha-Lei S., Fa-Quan L., Xue-Wu C., Zhen-Wei C., Lin-Mei L., Yong Y., Shun-Sheng G. High-precision measurements of lower atmospheric temperature based on pure rotational Raman lidar // Chin. J. Geophys. 2015. V. 58, N 21. P. 313–324.
22. URL: https://drive.google.com/open?id=1AajZVv6ZrXdSZtCdBQzCl14sOEtwtV7N (last access: 12.04.2020).