Оптические характеристики облаков верхнего яруса по данным лидарного зондирования

• Автор: Волков, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 143 с.

Глава 1. Опыт исследования облаков верхнего яруса: наблюдаемые параметры, методы исследований, теория светорассеяния
1.1. Облака верхнего яруса как объект исследования
1.2. Оптические методы исследования характеристик облаков верхнего яруса
1.3. Основы описания рассеяния электромагнитных волн
на частицах
1.3.1. Интегральное уравнение рассеяния
1.3.2. Наблюдаемые характеристики поля (параметры Стокса)
1.3.3. Сечения рассеяния, оптическая теорема
1.3.4. Тензор молекулярного упругого и неупругого рассеяний
1.3.5. Уравнение переноса излучения через рассеивающую среду . .
1.4. Основы поляризационного зондирования облаков верхнего
яруса
1.4.1. Вывод лидарного уравнения через параметры Стокса
1.4.2. Определение преимущественной ориентации в ансамбле
частиц облаков верхнего яруса
1.4.3. Канонический (блочно-диагональный) вид матриц обратного рассеяния облаков верхнего яруса
Выводы к первой главе
Глава 2. Модифицированная методика поляризационного зондирования атмосферы
2.1. Оптические характеристики свободной атмосферы на основе данных лидара комбинационного рассеяния света в задаче калибровки по “молекулярному реперу”
2.1.1. Методика определения профиля температуры
2.1.2. Методика определения профилей отношения рассеяния и

коэффициента ослабления
2.2. Матрицы обратного рассеяния облаков верхнего яруса
по данным поляризационного зондирования
2.2.1. Основные методические задачи, решаемые при проведении поляризационных измерений
2.2.2. Калибровка по “молекулярному реперу" и учет динамики облачного слоя при определении элементов матрицы обратного рассеяния
2.2.3.Профиль отношения рассеяния по данным поляризационных измерений
Выводы по второй главе
Глава 3. Модифицированные алгоритмы обработки данных лидарного зондирования облаков верхнего яруса
3.1. Помехи и сигналы при зондировании облаков верхнего яруса в режиме счета фотонов
3.2. Калибровка сигналов лидарного зондирования по интервалу
высот
3.3. Алгоритмы предварительной обработки результатов измерений
3.3.1. Коррекция просчетов
3.3.2. Коррекция эффекта последействия ФЭУ
3.3.3. Вычитание уровня шума
3.4. Алгоритмы вычисления элементов матриц обратного рассеяния облаков верхнего яруса
3.4.1. Калибровка сигналов поляризационного зондирования по “молекулярному реперу”
3.4.2. Алгоритмы определения профилей отношения рассеяния
3.4.3. Алгоритмы вычисления оценок элементов матрицы обратного рассеяния
3.4.4. Алгоритмы вычисления оценок элементов канонической (блочно-диагональной) матрицы обратного рассеяния
Выводы по третьей главе

Глава 4. Характеристики облаков верхнего яруса по данным лидарного
зондирования
4.1. Поляризационный лидар “Стратосфера 1М”
4.2. Лидар комбинационного рассеяния
4.3. Характеристики облаков верхнего яруса по данным лидара
комбинационного рассеяния, в задаче калибровки по “молекулярному реперу”
4.4. Характеристики облаков верхнего яруса по данным
поляризационного зондирования за период 1991 - 2002 года
4.4.1. Характеристики облаков верхнего яруса по результатам измерений отношения рассеяния
4.4.2. Матрицы обратного рассеяния и направление преимущественной ориентации частиц в облаках верхнего яруса
по данным поляризационного зондирования
4.4.3. Основные выводы по результатам поляризационных измерений облаков верхнего яруса
4.5 Практические рекомендации по созданию лидара для
мониторинга облаков верхнего яруса на основе модифицированной методики поляризационного зондирования
Выводы к четвертой главе
Заключение
Литература

P, (A)A2 = K,G(h)/3, (A) expj- j[«0 (x) + a, (x)]* J, (l = 1,2,3) (2.1.2.2)
где i - номер спектрального участка; P: (A) - мощность сигнала в i -м участке спектра, принимаемая с дистанции А; К, - аппаратурная константа для канала, регистрирующего излучение в i-м участке спектра; G{h) - геометрическая функция, учитывающая перекрытие диаграмм направленности приемной и передающей антенн лидара; Д(А) и от, (А) - коэффициенты обратного рассеяния и ослабления соответственно. Для последних можно записать следующие соотношения; при упругом рассеянии
Д0(А) = До“(А) + Д"(/О; (2.1.2.3)
а(А) = ад (А) + а" (А), (2.1.2.4)
где индексы ант обозначают соответственно аэрозольный и молекулярный компоненты. Кроме того
До" (h) = N (А) , (2.1.2.5)

где N(h) - концентрация молекул на высоте А; ^ - дифференциальное сечение
dQ.
рэлеевского обратного рассеяния для молекул воздуха.
Для неупругого рассеяния
Д V1) = N (А)
daf do*
рл2£>
do° dof
где г/, к - относительное содержание азота и кислорода в воздухе; —— и —— имеют
dQ.
смысл сечений обратного комбинационного рассеяния, усредненных по вращательным состояниям, попадающим в выделенные интервалы вращательного спектра,
а, (А) = а" (А) + а” (А). (2.1.2.7)
Поскольку максимальный спектральный сдвиг составляет 32 А° при Я = 5320 А0, то
«Г (А) ГС4
= 1,024. (2.1.2.8)
а” (А)
Спектральный ход коэффициента аэрозольного ослабления менее выражен, и разница в коэффициентах ослабления на Я0 и Я2 будет наблюдаться только в третьем знаке после запятой. Поэтому при зондировании аэрозольных образований, сравнимых по оптической плотности с молекулярным компонентом атмосферы или, тем более, значительно ее