Спектроскопия комбинационного рассеяния жидко-капельной и газообразной фаз воды в атмосфере

• Автор: Столярчук, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 166 с. : ил.

Спектроскопия комбинационного рассеяния жидко-капельной и газообразной фаз воды в атмосфере.
Глава I. Особенности спектров КР жидко-капельной и газообразной воды в атмосфере.
1.1. Комбинационное рассеяние света в атмосфере
1.2. Распространение лазерного излучения в атмосфере,
содержащей жидко-капельную воду
1.3. Особенности спектров КР воды в жидко-капельном состоянии, на границах раздела фаз, конденсированных состояниях и
в атмосфере
1.4. Выводы по главе
Глава II. Лидарные комплексы для исследования спектров КР атмосферы.
2.1. Анализ параметров лидарных систем
2.2. Стационарный лидар для регистрации спектров КР и измерения концентрации основных газовых составляющих атмосферы
2.3. Судовой лидар КР
2.4. Выводы по главе
Глава III. Экспериментальные исследования спектров КР жидко- капельной
воды в атмосфере.
3.1. Спектры КР чистой атмосферы и уровни флуоресценции водного
аэрозоля в атмосфере
3.2. Распространение мощного лазерного излучения в атмосфере, содержащей жидко-капельную воду
3.3. Спектры КР водного аэрозоля

3.4. Встречное вынужденное комбинационное рассеяние на водном аэрозоле в атмосфере
3.5 Выводы по главе
Глава IV. Использование КР спектроскопии для исследования полей влажности в нижней атмосфере.
4.1. Измерение вертикального распределения паров воды
4.2. Учет особенностей спектров КР жидко-капельной фазы воды при измерении высотных распределений концентрации водяного пара
4.3. Использование лидарной спектроскопии КР для исследования динамики паров воды над океаном
4.4. Спектроскопия КР в исследовании условий распространения радиоволн над морской поверхностью
4.5. Выводы по главе
Заключение
Литература

Вода, присутствующая в атмосфере в газообразной и жидкой фазе, является самым изменчивым её компонентом, который оказывает существенное влияние на планетарную жизнедеятельность. Фазовые переходы воды обеспечивают обменные энергетические процессы между океаном и атмосферой, которые в значительной степени определяют глобальные климатические условия [1]. Водяной пар является одним из парниковых газов и поглощение электромагнитных волн парами воды существенно влияет на радиационный баланс планеты. С другой стороны, в атмосфере присутствует жидкая фаза воды в виде капельного аэрозоля, который участвует в общем процессе воздействия атмосферного аэрозоля на радиационный баланс Земли путём рассеяния и поглощения солнечной радиации, а так же счёт модификации свойств облаков [2].
В настоящее время большая доля оперативной информации о процессах взаимодействия океана и атмосферы получается с помощью спутниковых измерительных комплексов [3]. Измерения интегрального по высоте содержания водяного пара проводится с использованием пассивных спутниковых измерителей и систем глобального позиционирования [4]. Однако на измеряемые из космоса характеристики излучения большое влияние оказывают подстилающая поверхность и пограничный слой атмосферы, в котором содержится большая доля водяного пара, подверженная значительным вариациям. В связи с этим возникает необходимость развития методов, позволяющих проводить дистанционные измерения высотного распределения концентрации паров воды. Задачи совершенствования систем получения и передачи информации, локации подвижных объектов, создания приборов, управляемых на расстоянии, требуют всестороннего изучения условий распространения электромагнитных волн различных диапазонов в атмосфере и установления связи между

Как отмечалось, спектр комбинационного рассеяния жидкой воды представляет собой полосу шириной примерно 800 см'1
вынужденном комбинационном рассеянии в капле воды наибольшее усиление будут испытывать те спектральные составляющие, которые попадают в соответствующие выходные резонансы внутреннего оптического поля. На рис. 1.3.1 представлены для сравнения Рамановские спектры воды, полученные из объема жидкости и на отдельных каплях.
Рис. 1.3.1. Спектры спонтанного комбинационного рассеяния (СКР) воды в 1 см ячейке и вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) на каплях воды размером 30 мкм [87].
Необходимо отметить, что плавная огибающая спектра спонтанного комбинационного рассеяния обусловлена усреднением слабого измеряемого сигнала. В связи с развитием и повышением чувствительности современной техники спектрального исследования, появились данные о наблюдении в спектре комбинационного рассеяния воды отдельных составляющих, выделяющихся на фоне «канонического» спектра с плавной огибающей [114].
В этой работе возбуждение и усреднение сигнала комбинационного рассеяния из объема воды осуществлялось от двух импульсов второй