Способ дистанционного определения параметров атмосферы

Способ дистанционного определения параметров атмосферы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретсене относится к области метоопопогин. Цель изобретения - повышение точности измерения и увеличения числа одновременно измеряемых параметров атмосферы. Способ заключается в посыпке импульсоп монохроматического излучения ультрафиолетового или видимого диапазонов спектра, иэмерешги интенсивности рассеянного назад излучения п полосах спектра „ шип анного комбинационного рассеяния и ня длине волны несмещснного рассеяния. Повышение чувсгвиИзобрстсние относится к метеорологии , оптике атмосферы, методам дистанциоьного определения профилей температуры , влажности, коэффициентов ослабления и обратного рассеяния атмосферы одновременно. Цель изобретения - увеличение числа одновременно измеряем ix параметров и повышение точно-.- мерений. На Лиг1. 1 показаны частотные сдвиги Q-ВРтвей копеблтел1)Но-вращятельтельности и определение всех параметров атмосферы достигается посылкой в атмосферу одновременно с первым второго импульса монохроматического излучения, который находится в следующем соотношении с первым V, - t 2213,5 , и от импульса излучения с большим волновым числом измеряют интенсивность рассеянного излучения в пяти участках спектра: стоксовой и антистоксовой полосах чисто вращательного спектра на молекулах комбинированного рассеяния азота и кислорода, колебательно-вращательного спектра комбинационного рассеяния на молекулах азота н паров воды и несмещенное рассеянное излучение, а от импульса излучения с меньшим волновым числом измеряют интенсивность излучения колебатрльно-вращательного спектра СКР на молекулах кислорода и по чтим измеренным интенсивностям рассеянного излучения определяют параметры атмосферы. 2 ил. ньгх спектров КР молекул азота, кислорода и молекул паров воды относительно частоты возбуждающего излучения; на фиг. 2 изображены выделяемые участки спектра и спектральные линии возбуждающего излучения с длинами волн Л1 и А1. Мощность Р притгмаемого излучения СКР на молекулах паров воды с длиной волны / возбуждаемого излучением с длиной волны Л, описывается уравнением с Ј (/) СЛ 00 -J О о

„„SU „,1537000 (51) 5 Г 01 W 1/04.<грудам

I,I?,». ò, .. Т., 1У Ц, ..,1Г»61 В 1ТЕНА Ю

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ. * (. @ ф, СОК)3 СОВЕТСКИХ

Ы,> 6 Л,,. —, COLU1AflHCTII-(EDNX

»

»»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) О7. >>7. 9? . h>n->, 11 25 (21) 41О7 >>/1>1 (22) 22. О ->. 87 (71) 11нстн1ут оптики атмосферь>

СО AII ГССР (72) 1п,>1>, Арп:пион, C.М. Г>обровников, С. 11, Роп>. >I >r 1 . К. 111умский (5S) 551.4>I5(ÏÂÂ.P) (56) Авторское с и идете льстн о ГГГР

h 537>132, кп. (: 01 W 1/04, 197 6. (5 ) С1 ОГО1: >1ИСТА1111ИОШ!ОГО ОПТЕ>1РЛГ11ИЯ ПАРРР11 . 1i (>1? >> РМОСФЕР1>1 (57) Изобретен.!е относится к обпасти метеорологии. 11гпь изобретения — повышение точногти измерения и увеличения виспа одновременно измеряемь>х параметров ат>лосфер>п. Способ закп>очается и погыпке импульсов монохроматическогс изпучения у:»ьтрафиолетового ипи видимого диапазонов спектра, измерении инте гивиости рассеянного назад и 3J!, ÷å>>ия в пологах спектра .пон I анного комбинационного рассеяния и иа длине волны несмещен ного рассеяния. Иовьппеиие чувствиИзобретение относится к метеорологии, оптике атмосферы, методам дистанцио>,нс го г>пределения профилей температуры, властности, коэ>1>фициентон ослабления и обратного рассеяния ат) мос>1>еры одновременно.

Иепь изобретения — увеличение числа одновременно измеряемых иарамечрон и повышение точ»с -.- а-эмерений.

На Лиг. 1 показан>ы частотные сдвиги О-ветвей колебательно-вращательтепьногти и определение всех параметров атмосферы достигается погылкой в атмосфгпу одновременно с первым второго импульса монохроматического излучения, который находится в следующем соотношении с первым

2213,5 см, и от импульса излучения с большим волновым числом измеряют интенсивность рассеянного излучения в пяти участках спектра: стоксовой и аитистоксовой попас 1х чисто вращатепт ного спектра иа мопекупах комбинированного расгe>IIIIIa азота и кислорода, ьопебатепьно-вращательного спектра комбинациоинот о рассеяния на мопекулах азота и паров воды и

>О несмещенное рассеянное излучение, а от импульса излучения с меньшим волновым числом измеряют интенсивность излучения колебательно-враща- С тельного спектра ГКР на молекулах кислорода и по .тим измеренным интен° ю сивностям рассеянного излучения опредепяют параметры атмосферы. 2 ил. О

1АР

С::>

СР ных спектров КР мопвкуп азота, кисло- () рода и молекул паров воды относительно частоты нозбу >1а>вщего излучения; на фиг. 2 изображены выделяемые участки спектра и спектрапьиьl> линии во э б у>кдающе г o H 3 JI ) ч >» и >л >I c дп ин ам н

3>

ВОЛН BI И Лг.

Мощность P принимаемого излучения

СКР на молекулах паров воды с длиной волны Л н „ возбуждаемого излучением

1О> с длиной волны Л, о»игывается уравнением

1 З7000

P(Л3, „R) = Р (Л)К ("f< 0) 3Л)

Т(Л „)Ъ (Л „„)nRrtÄ (К) х(о ) А/R2 с1 Ч Н10 (1) 5 где Р, нз)?учаемлн мощность возбуждлющегО лазерного импульс!1; расстояние; пропусклиие всей опти ?еской

R1

К системы; пространственное рлзреп)ение; прозрлчиость атмосферы; эффективная апертура приемиикл; ге О. <е тр<п! ее кий фактор, КО ft t jf II ТР ЛЦI1 Я;

Т

Ф 31е! .N д!3<1 <1<ере?3цил<3ьное сечение рассеяния назад исследуемого 20 компонента.

Урл? 33< иие д:Iff мо<цности причимяемогп из:fy 1<- 13ия С1<Г ил моле ну<<ля кисдородл е <,131 .Itnt? волн<1

ЕМ О ГО < t 3 3<1 .т" I e f t I Ie ? 3 < J 3<1 t If t < ) lI И О Д И Ы Jl < имеет cëoду))<пи<< 3<31д

Р(Л «) Р (Л !1 (Л )3(л )Т(л %)

° (Л, „)„„, i ) (— a/ (2)

1 (Л ff 0? R) 1 о (

Отношение

1 (Л î., 1) . (Л,) К(a,<, )

К (Л,,) 1(Л н,<) ) V(p ff «), .") Т(Л Т(Лп ) I(Л,, 1) 35 обознзч?еl через 1 (R) <30

Отнощси!?е прозрачностей Т(Л 3f „) / !

О

/T (Л <) 1 ) мож)3О с It! TctTb рлl)иым ед31133п)е так клк участки <:пектрл с и<и<нами I, )Jl

Л?< и и Л, еж;?т в непосР дстиен<), ной близости друг o T друга U шкале 4 длин волн зл счет подбора волн возбуждающего излучения.

3!а фиг. 1 показлны частотные сдвиги 0 — вет))е<3 колебательно-врящатель50 иых спектров комоиилционного рассеяния молекул азота (3< ), кислорода (0 ) и молекул !!аров f)OJI»f (Н )О) относительно частоты возбуждл<«п?его излучения.

Из фиг. 1 I) ftpf«) q I To J!JI)1 Л, мОжио подобрать такую,Л, что

=1100 А и Л, Л1< о - 1! (A.

Преп ебре)3<е)113«

< прозрячност<3 и fit< г< рияде длин BDJIII

100 А 1<иое33т оп<ибку менее 17 (Зуев

В.Е. Распространение ллзерного излучения и атмосфере. - t!.: Радио и связь, !98!).

Оптимальная разница между частотами лазерного излучения 3 = )3 — 4 уп) — 2213,5 см

КОЗ<РфИЦИЕНтами и постоянными величинами, входящими в уравнение (4) для

)<ростоты расчета можно пренебречь °

Р(Лл!) „R) в(в)

Р "f (, И„К) ™ В(В,) мощность принимаемого излучения СИР на молекулах азота (1

? 3т

13 О 3 б уж д и е м О г О из л уч еН НЕМ С ДЛИНой ИОЛНЫ

Л< 3 гд! P(Л R)

М! ,ег

1 (<

1 (Я ),R) — сумма мощностей при<) 3, ?<, зимлемого излучения в стоксовой (в3.) и аитистоксовой (лз(:) полосах чисто

»1>att 3ельногО спектра СКР на молекулах азота и кислорода, возбуждаемых и.<лучением с дли?!Ой волны

Выделяемые участки спектра чисто вращательной полосы CKP на молекулах кислорода 3! азота, возбуждаемого изл;чением с длиной волны Л,, выбраны таким образом, что интенсивность стоксового участка падает с ростом температуры, а антистоксового - растет, сумма же интенсивностей стоксового и аит33стексового участков вращательной полосы СКР на молекулах азота и кислорода От температуры не зависит.

В итоге «п3еем

Далее нормируем функцию Z (R) на начальную точку и считаем, что распределение концентрации кислорода в л<;<осфере является постоянным вдоль горизонтальной трассы зондирования

3I!»3 может быть задано априорно для вертикальной или Йлклоиной трассы.

Z(R) 1 (Л<1,<), R) Р(Л<)?, Ro) I . (R,) P(ë„,, R) Р(л, „8,) т(Л,) М (R )

В ур;н)пение (4) входит неопредеJf<)3333» 3 Отношение прозрачностей

Т(3!) /Т(Л ).

1!лйдем отношение В(к) 1 г! 1 7 k)!1!) Р(R.) Ro

10 (6) сеяния.

С учетом уравнения (5) уравнение (4) примет следующий вид:

Ип10 (R) р(ЛН-k) R) 1

Nu o (R ) (>PI

Р(Л kC< R) Р (Я II I)q R) Таким образом, распределение концентрация паров воды вдоль трас.сьс зондирования относительно начаг!чссой точки опись.вается ypgBI!ek!ис и (с ), в правую састь которого входят все измеряемые величины. 20

Температура лтмосфергп определяетсН из отиопсения интенсивностей рассеянного излучения в стоксовой и антистоксовой полосах чистс вращательного спектрэ спонтанного хомС!инлцион- 25 ного рассеяния светл.

Коэффици Т!1 обратного рассеяния на длине волин: излучения передатчика 71, измеряет-.ÿ по отношен1по сигнала несмеп)е)сного расс еяния к сигналу чис- д0 то вращательной полосы СКР.

Использован)се способа обеспечивает следующие преимущества: возможность определения больп)еrn числл атмосферпараметров n7 IoBpe "Iek! I!n ea сче1 35 использования лэроэольного рассеяния и спектров комб)инационного рассеяния атмосферных газов; yBеличение точности измерений з счет у сета проэрач- / ности атмосферы, опьределяемой в про- 40 цессе самиХ измерен)ш; позволяет работать с фиксированными ITo частоте лазерами не требунппими настройки на

Y<) III! T!P I k) k !! 31l!kk llIl Il ((е!Ге Г1 1)<э) к)с ч лс тс)

TIk в !Ipo!Ipcc иэмс рений, Ф о р м у л л и ч п б р е т е н и я

СПОСОб дпгтЛНцпоННОГО С ITT pГЕЛ Ння

kTaT!BkIBт Рон л11сос.феP!kр Ос IlnBл)сный II;! посылке B атмосферу импульсл монс1хромл Tll÷pского излучения ультрафиолетового или видимого диапазона спектра, измерении интенсивностей paccpBIIIIo!n излучения в полосах чисто вращательного спектра спонтанного комбинационного рассеяния света, по которым определяют распределение температуры, о т-л и !I л ю !1 и и с я тем что с целью IToBk>!pk< I",èÿ точности иэм. ге)сий и увеличесспя чисч,) иэмеряемьг плрлМЕТРОВ, B атМОЕ!ЬЕРУ Одис)ВРС Ь! ННС ПО .Ы-лают второй имиул.,с монс1х1)омлтичеекого излучения, волновое число которого находи1 ся B следукщеl . сто TH(1Kpнии с волновым числом первого l!. 1пульса ik — 1/ = 2213 5 см интенсивность

1 1 9 излучения чисто врлщлтельнс го сс1е стра спонтлнпого комбиплц)сонногп рассеяния нл мс секуллх азота II кислородл иэм Гч— ют от изл чения импульса с C ольпясм волновым тислом, от этого же импуль са измеряют нтенcl!BIIoc Tb колебательk но-врапсател ного спектра спонтанного комбинационного рассеяния на молекулах азота, паров воды и несмещенное рассеянное излучение, л от импульса излучения с меньспим волновым числом измеряют интенсинносTb излучения колебательно-вращательного спектра спонтанного комбинационного рассеяния нл молекулах кислорода, и по этим иэмсренньсм значениям интенсивностей рассеянного излучения определяют распределение температуры, влажности, коэффициенты ослабления и обратного расТира к 184

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открьггиям при ГКИТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушекая Иаб., д. 4/5

Проиэводственно-издательский комбинат нПатент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1О!

Редактор В. Ахрем

Заказ 2819

Составитель И. Попова

Техред А.Кравчук Корректор 11. Король