Том 36, номер 10, статья № 8

Аннотация:

Подробно описан метод параллельной регистрации лидарных сигналов – в режиме счета фотонов и режиме накопления заряда – на Сибирской лидарной станции (СЛС) Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН. Изготовлен и экспериментально апробирован прибор, реализующий комбинированный метод регистрации лидарных сигналов на уникальном лидаре СЛС. В ходе экспериментальной апробации прибора определены допустимые пределы применения предложенного метода для регулярных измерений вертикального распределения температуры атмосферы на основе лидарных сигналов чисто вращательных спектров спонтанного комбинационного рассеяния (СКР). Сравнение результатов лидарных и спутниковых измерений показывает их хорошее согласие, что доказывает высокую эффективность применения комбинации режимов регистрации и подтверждает возможность получать вертикальное распределение температуры атмосферы с доверительным интервалом (погрешность измерений) 2–4° во всем диапазоне высот работы СКР-лидара СЛС на базе главного зеркала.

Ключевые слова:

лидар, температура, атмосфера, спонтанное комбинационное рассеяние

Список литературы:

1. Radlach M., Behrendt A., Wulfmeyer V. Scanning rotational Raman lidar at 355 nm for the measurement of tropospheric temperature fields // Atmos. Chem. Phys. 2008. V. 8. P. 159–169.
2. Chen S., Qiu Z., Zhang Y., Chen H., Wang Y. A pure rotational Raman lidar using double-grating monochromator for temperature profile detection // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112, iss. 2 P. 304–309.
3. Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Trifonov D.A., Zharkov V.I. Raman lidar for measuring the temperature of the stratosphere // Proc. SPIE. 2018. V. 10833. P. 715–718.
4. Golitsyn G.S., Semenov A.I., Shefov N.N., Fishkova L.M., Lysenko E.V., Perov S.P. Long-term temperature trends in the middle and upper atmosphere // Geophys. Res. Lett. 1996. V. 23, N 14. P. 1741–1744.
5. Li Y., Lin X., Song S., Yang Y., Cheng X., Chen Z., Liu L., Xia Y., Xiong J., Gong S., Li F. A Combined rotational Raman–Rayleigh lidar for atmospheric temperature measurements over 5–0 km with self-calibration // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2016. V. 54, iss. 12. P. 7055–7065.
6. Alpers M., Eixmann R., Fricke-Begemann C., Gerding M., Höffner J. Temperature lidar measurements from 1 to 105 km altitude using resonance, Rayleigh, and Rotational Raman scattering // Atmos. Chem. Phys. 2004. V. 4. P. 793–800.
7. Gerding M., Höffner J., Lautenbach J., Rauthe M., Lübken F.J. Seasonal variation of nocturnal temperatures between 1 and 105 km altitude at 54° N observed by lidar // Atmos. Chem. Phys. 2008. V. 8, N 24. P. 7465–7482.
8. Yu C., Yi F. Atmospheric temperature profiling by joint Raman, Rayleigh and Fe Boltzmann lidar measurements // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2008. V. 70, N 10. P. 1281–1288.
9. Vaughan G., Wareing D.P., Pepler S.J., Thomas L., Mitev V. Atmospheric temperature measurements made by rotational Raman scattering // Appl. Opt. 1993. V. 32, N 15, P. 2758–2764.
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. Nedeljkovich D., Hauchecorne A., Chanin M.L. Rotational Raman lidar to measure temperature from the groung to 30 km // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1993. V. 31, N 1. P. 90–101.
12. Jingyu Jia, Fan Yi. 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.
13. Von Zahn U., von Cossart G., Fiedler J., Fricke K.H., Nelke G., Baumgarten G., Rees D., Hauchecorne A., Adolfsen K. The ALOMAR Rayleigh/Mie/Raman lidar: Objectives, configuration, and performance // Ann. Geophys. 2000. V. 18, iss. 7. P. 815–833.
14. Schoch A., Baumgarten G., Fiedler J. Polar middle atmosphere temperature climatology from Rayleigh lidar measurements at ALOMAR (69° N) // Ann. Geophys. 2008. V. 26, N 7. P. 1681–1698.
15. Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Trifonov D.A., Zharkov V.I. Lidar complex for measuring the atmospheric temperature at the Siberian lidar station // Proc. SPIE. 2019. V. 11208. P. 112083S-1–6.
16. Бобровников С.М., Горлов Е.В., Жарков В.И., Трифонов Д.А. Методика юстировки и оценка размера кружка рассеяния главного зеркала Сибирской лидарной станции // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 7. С. 559–564; Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Zharkov V.I., Trifonov D.A. Alignment technique and quality check of the primary mirror of the Siberian Lidar Station // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 6. P. 696–701. DOI: 10.1134/S1024856020060081.
17. Носов В.В., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Структура турбулентных движений воздуха в шахте главного зеркала Сибирской лидарной станции ИОА СО РАН. Эксперимент и численное моделирование // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 11. С. 905–910. DOI: 10.15372/AOO20161102.
18. Миронов А.В. Основы астрофотометрии. Практические основы фотометрии и спектрофотометрии звезд. М.: Физматлит, 2008. 260 с.
19. Donovan D.P., Whiteway J.A., Carswell A.I. Correction for nonlinear photon-counting effects in lidar systems // Appl. Opt. 1993. V. 32, N 33. P. 6742–6753.
20. Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Zharkov V.I., Zaitsev N.G., Nadeev A.I., Trifonov D.A. Evaluation of efficiency of the combined LIDAR signal photodetection technique // Proc. SPIE. 2020. V. 11560. P. 659–664.
21. Bobrovnikov S.M., Zharkov V.I., Zaitsev N.G., Nadeev A.I., Trifonov D.A. Photon counting system with automated detection and selection of photodetector discrimination thresholds // Proc. SPIE. 2022. V. 12341. P. 392–396.
22. Криволуцкий А.А., Репнев А.И., Миронова И.А., Груздев А.Н., Туниянц Т.И. Результаты российских исследований средней атмосферы в 2015–2018 г. // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2019. Т. 55, № 6. C. 48–65.
23. Li Y., Lin X., Yang Y., Xia Y., Xiong J., Song S., Liu L., Chen Z., Cheng X., Li F. Temperature characteristics at altitudes of 5–80 km with a self-calibrated Rayleigh – rotational Raman lidar: A summer case study // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 188. P. 94–102.
24. Picone J.M., Hedin A.E., Drob D.P., Aikin A.C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2002. V. 107(A12). P. SIA15-1–16.
25. Schwartz M.J., Lambert A., Manney G.L., Read W.G., Livesey N.J., Froidevaux L., Ao C.O., Bernath P.F., Boone C.D., Cofield R.E., Daffer W.H., Drouin B.J., Fetzer E.J., Fuller R.A., Jarnot R.F., Jiang J.H., Jiang Y.B., Knosp B.W., Krüger K., Li J.-L.F., Mlynczak M.G., Pawson S., Russell III J.M., Santee M.L., Snyder W.V., Stek P.C., Thurstans R.P., Tompkins A.M., Wagner P.A., Walker K.A., Waters J.W., Wu D.L. Validation of the Aura Microwave Limb Sounder temperature and geopotential height measurements // J. Geophys. Res.: Atmospheres. 2008. V. 113. N D15.
26. Черниговская М.А. Временные вариации температуры средней атмосферы над регионом юга Восточной Сибири по спутниковым данным MLS Aura // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10, № 2. С. 212–224.
27. URL: https://avdc.gsfc.nasa.gov/pub/data/satellite/Aura/MLS/V04/L2GPOVP_Prof/Temp/ Tomsk/ (дата обращения: 18.09.2022).
28. Remsberg E.E., Marshall B.T., Garcia-Comas M., Krueger D., Lingenfelser G.S., Martin-Torres J., Mlynczak M.G., Russell III J.M., Smith A.K., Zhao Y., Brown C., Gordley L.L., Lopez-Gonzalez M.J., Lopez-Puertas M., She C.-Y., Taylor M.J., Thompson R.E. Assessment of the quality of the Version 1.07 temperature-versus-pressure profiles of the middle atmosphere from TIMED/SABER // J. Geophys. Res.: Atmospheres. 2008. V. 113. N D17.
29. URL: http://saber.gats-inc.com/coin.php (дата обращения: 18.09.2022).