Выбор оптимальных трасс для дистанционных измерений микроструктуры рассеивающего объекта

Актуальной задачей дистанционного мониторинга рассеивающих частиц в нижнем слое атмосферы является разработка методов получения информации о микроструктуре рассеивающего слоя по измеряемому сигналу обратного рассеяния. Рассмотрены основные параметры микроструктуры приземного слоя атмосферы (концентрация и площадь поперечных сечений частиц) и основные измеряемые величины при лидарном зондировании (коэффициент обратного рассеяния и коэффициент экстинкции). При одночастотном лидарном зондировании рассматриваемым коэффициентам можно сопоставить микроструктуру эквивалентной рассеивающей среды, состоящей из монодисперсных частиц. Это позволяет интерпретировать коэффициенты обратного рассеяния и экстинкции через микроструктуру эквивалентной среды. Величиной, непосредственно связанной с поперечным размером частиц, служит угловой размер ореола вокруг пучка, распространяющегося в рассеивающей среде. На примере двухпозиционной схемы зондирования рассмотрены способы измерения углового размера ореола вокруг пучка, прошедшего через рассеивающий экран. Рассеивающий экран представляет собой непрозрачную плоскость с отверстиями, проекциями которых являются изображения частиц. Показано, что если угловой размер прошедшего через экран пучка увеличивается в два раза, то схема измерения углового размера ореола будет оптимальной. Это можно достичь либо выбором линейного увеличения, по которому созданы изображения частиц на экране, либо перемещением экрана вдоль линии зондирования. Реализация указанных способов позволяет описать содержащиеся в приземном слое атмосферы полидисперсные и несферические частицы через сечение эквивалентных частиц. Появляется возможность применения дистанционных методов в задаче мониторинга приземного слоя атмосферы.

1. Paramesvaran K., Rose K. O., Krishna Murthy B. V., Applied Optics, 1991, vol. 30, no. 21, pp. 3059–3071. https://doi.org/10.1364/AO.30.003059

2. Veretennikov V. V., Kozlov V. S., Naats I. E., Fadeev V. Ya., Optics Letters, 1979, vol. 4, no. 12, pp. 411–413. https://doi.org/10.1364/OL.4.000411

3. Chemyakin E., Burton S., Kolgotin A., Müller D., Hostetler C., and Ferrare R., Applied Optics, 2016, vol. 55, no. 9, pp. 2188–2202. https://doi.org/10.1364/AO.55.002188

4. Veselovskii I., Kolgotin A., Griaznov V., Muller D., Wandinger U., Whiteman D. N., Applied Optics, 2002, vol. 41, no. 18. pp 3685–3699. https://doi.org/10.1364/AO.41.003685

5. Hoffnagle J. A., Jefferson C. M., Applied Optics, 2000, vol. 39, no. 30, pp. 5488–5499. https://doi.org/10.1364/AO.39.005488

6. Mishchenko M. I., Journal Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2009, vol. 110, no. 11, pp. 808–832. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2008.12.005

7. Арумов Г. П., Бухарин А. В. Использование специальных экранов, моделирующих рассеянное в среде излучение, для измерения эквивалентного поперечного сечения частиц // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 3. С. 298–306 [Arumov G. P., Buharin A. V., Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space, 2021, vol. 18, no. 3, pp. 298–306. (In Russ.)]. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-3-298-306

8. Born M., Wolf E., Principles of Optics, 4th ed., Oxford and New York, Pergamon Press, 1970, 854 p.

9. Арумов Г. П., Бухарин А. В., Тюрин А. В. // Международная конференция МСС-14: Трансформация волн, когерентные структуры и турбулентность, 24–27 ноября 2014 г. Сборник трудов. М.: ЛЕНАНД, 2014. С. 18–23 [Arumov G. P., Buharin A. V., Tjurin A. V., Proc. International Conference MSS-14 “Mode Conversion, Coherent Structures And Turbulence”, Moscow, 24– 27 November 2014, LENAND Publ., 2014, pp. 18–23. (In Russ.)].

10. Арумов Г. П., Бухарин А. В. Выбор конфигурации миниатюрного лидара для калибровки сигнала обратного рассеяния // Оптические методы исследования потоков: Труды XV Международной научно-технической конференции, 24–28 июня 2019. М.: Издательство «Перо», 2019. C. 23–31 [Arumov G. P., Buharin A. V., Proc. 15th International Scientifi c and Technical Conference “Opticheskie metody issledovanija potokov”, 24–28 June, Moscow, Pero Publ., 2019, pp. 23–31. (In Russ.)].

11. Kavaya M. J., Menzies R. T., Applied Optics, 1985, vol. 24, no. 21, pp. 3444–3453. https://doi.org/10.1364/AO.24.003444