Статистическое моделирование процессов переноса широкополосного излучения в проблеме лидарного зондирования

• Автор: Лисенко, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава I. Оценка эффективности флуоресцентных методов

дистанционного зондирования биоаэрозоля в атмосфере

1.1. Уравнение переноса широкополосного излучения

1.2. Особенности статистического моделирования

1.3. Оптическая модель флуоресцентного канала зондирования

1.4. Результаты модельных оценок

Выводы к главе

Глава II. Оптическая модель листа

2.1. Морфология двудольного листа

2.2. Обзор радиационных моделей листа
2.3. Микрофизическая модель листа
2.4. Оценка параметров светорассеяния
2.5. Математическая модель переноса излучения в листе
2.6. Результаты расчётов радиационных характеристик
Выводы к главе II
Глава III. ЛИФ растительного покрова
3.1. Оптическая модель растительного покрова
3.2. Математическая модель переноса излучения
ЛИФ в растительном покрове с учётом реабсорбции
3.3. Решение системы уравнений переноса методом
Монте-Карло
3.4. Особенности алгоритма статистического моделирования
реабсорбции ЛИФ
3.5. Результаты модельных оценок
Выводы к главе III
Глава IV. Применение эксиплексных источников спонтанного
излучения для задач атмосферной оптики и флуоресцентной спектроскопии дисперсных сред
4.1 Эксиплексные источники спонтанного излучения
4.2 Эксилампы, как перспективные источники в системах

спектроскопического зондирования
4.2.1 Сочетание методов БОА8 с принципами лидарного
зондирования
4.2.2 Уравнение лазерной локации для широкополосного
излучения
4.2.3 Генетический алгоритм
4.2.4 Численный эксперимент по широкополосному
лидарному зондированию малых газовых
примесей в атмосфере
4.3 Эксиплексные лампы как новый инструмент флуоресцентной
спектроскопии
Выводы к главе IV
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Диссертация посвящена статистическому моделированию переноса широкополосного излучения, возникающего в естественных дисперсных средах за счет спонтанной флуоресценции, в частности, индуцируемой лазерным излучением. Актуальность проблемы обусловлена тем, что лазерно-индуцируемая флуоресценция (ЛИФ) дает основу для создания эффективных средств дистанционного обнаружения и идентификации широкого класса молекулярных соединений, в том числе опасных для окружающей среды [12]. Следует отметить, что в фотохимии, фотобиологии методы флуоресцентной спектроскопии, заложенные еще Лаковичсм, давно и успешно используются. Первые успешные эксперименты по лидарному зондированию на основе ЛИФ были описаны в работах Кондратьева и Позднякова по контролю содержания фитопланктона в приповерхностном слое водоемов [16-18]. Одни из первых измерений ЛИФ растительного покрова были выполнены в Институте оптики атмосферы Гришиным А.И. и Матвиенко Г.Г.. Попытки диагностики биогенного аэрозоля в тропосфере на первых этапах оказались несостоятельными [19]. Это дало основание ряду авторов сделать заключение о не перспективности использования флуоресцентных лидаров для дистанционного зондирования [6]. В настоящее время появление нового поколения источников [22, 23] и новой техники стимулирования ЛИФ [24, 25], а так же возросшие возможности приема открывает заново возможности флуоресцентных лидаров в атмосферно-оптических исследованиях [26]. Это и мониторинг растительного покрова планеты, который содержит широкий комплекс активных, реагирующих на процессы метаболизма. [27, 28], и чрезвычайно актуальная проблема реализации эффективных
дистанционных методов обнаружения и идентификации биоаэрозолей опасных для здоровья человека (споры, бактерии, вирусы и пр.). Как показывают лабораторные ш-яки измерения [29, 30], ЛИФ обеспечивает наивысшую чувствительность по отношению к другим методам. На настоящий момент лидарные измерения в реальных атмосферных условиях пока ограничены короткими трассами [31, 32]. Эти ограничения связаны не только с малой спектральной интенсивностью ЛИФ, но и с трудностями корректной интерпретации получаемых спектров. Дело в том, что спектры ЛИФ от класса протеинов и даже живых микроорганизмов часто

Верхняя эпидерма
Рис. 2.1. Модель морфологического строения двудольного листа.
Используя положения оптической взаимности модель слоя Spongy mesophyll можно рассматривать как полидисперсное образование квазисферических клеток в воздухе или как полидисперсную систему воздушных пузырьков в жидкости [14]. Средний размер клеток слоя spongy mesophyll равен по оценкам [13] примерно 9,5 мкм.
2.2. Обзор радиационных моделей листа
Очевидно, что элементарный лист как рассеивающий объект является весьма сложным дисперсным образованием даже в упрощенном (Рис. 2.1) морфологическом представлении. Проблема построения корректной радиационной модели листа имеет давнюю предысторию. Willstaetter и Stoll [17] были первыми, показавшими, что поток радиации, подающей на поверхность разделяется на две части: первая отражается слоем эпидермиса (в модели плоской поверхности) другая - входит в лист, где испытывает многократное рассеяние на локальных неоднородностях коэффициента преломления. При этом не учитывалось поглощение пигментами. Далее, соответственно было отмечено [18],что подобный подход приводит к завышенным значениям пропущенного диффузного потока и недооценке отраженного. Однако, теоретическая модель [17] дала толчок развитию метода трассировки лучей {ray tracing method) в приложении к геометрически сложным структурам. Последующие работы [2,3,14] связаны с усложнением модели внутренней структуры листа, учету оптических постоянных стенок клеток,