|
|
Сегодня лазерное зондирование становится одним из самых перспективных методов контроля состояния атмосферы. Лазерный луч способен обнаружить несколько молекул посторонних примесей в триллионе молекул воздуха на высоте в несколько десятков километров.
В 1905 году В.В. Кузнецов впервые измерил в тёмное время суток (ночью) высоту облаков. Для этого вертикально вверх был направлен мощный пучок света прожектора, а на некотором расстоянии от прожектора был установлен прибор, регистрирующий рассеянный облаком свет. Изменяя угол наблюдения, из простых геометрических соотношений было определено положение нижней границы облака по высоте атмосферного слоя интенсивно рассеивающего светa.
К сожалению, в силу объективных причин возможности прожекторного зондирования атмосферы оказались весьма ограниченными. Главная из них – невозможность создания на больших расстояниях в атмосфере с помощью обычных источников света спектральной плотности мощности излучения, достаточной для дистанционной регистрации потока рассеянного в обратном направлении света исследуемым объёмом.
В 1960 году в СССР Басовым и Прохоровым и в США Таунсом? был создан принципиально новый источник излучения – лазер, а спустя всего лишь три года американским учёным Фиокко была опубликована первая работа по лазерному зондированию атмосферы. Годом позже он провел измерения высоты и толщины серебристых облаков, образующихся на высотах 73–83 км. В нашей стране первые эксперименты по изучению атмосферы с помощью лазера были проведены в 1965 году О.К. Костко в Центральной аэрологической обсерваторией (ЦАО) Госкомгидромета.
Методы лазерного зондирования потенциально имеют преимущества перед контактными. Для измерения характеристик атмосферы на разных высотах нет необходимости запускать метеозонды и геофизические ракеты, поднимать аэростаты, совершать полёты на специальных самолётах-лабораториях и т.д.
Именно дистанционность лазерных измерений, возможность определить выбранную характеристику воздушной среды на любом направлении лазерного луча и получить самые разнообразные сведения о свойствах атмосферы на различных высотах, хорошее пространственно-временное разрешение (детальное исследование облака, слоя атмосферы и т. д. за короткое время), связанное с малой длительностью импульса и высокой частотой повторения импульсов лазера, и стимулировали столь интенсивное развитие этих методов.
Поскольку длина волны в оптическом диапазоне сравнима с размерами мельчайших неоднородностей атмосферного воздуха, методы лазерного зонирования существенно выигрывают по сравнению с методами радиолокации, которые в основном используются для наблюдения за облачными полями, для измерения интенсивности осадков и количества влаги в атмосфере
Развитие лазерной техники позволило создать оптический прибор, аналогичный радару. Отсюда и произошло его название – лидар (или световой локатор).
В дальнейшем были разработаны методы лазерного зондирования, основанные и на неупругом рассеянии отдельными молекулами.
В настоящее время методы лазерного зондирования основываются на таких процессах, как:
Сочетание дифференциального поглощения с рассеянием позволяет повысить чувствительность определения малых атмосферных составляющих (например, водяного пара).
Системы лазерного зондирования используются для:
Данное учебное пособие посвящено изучению физических основ лазерного зондирования атмосферных аэрозолей.
Структура учебно-методического комплекса
|
|