Способ определения наличия аэрозольных слоев в атмосфере

 

Использование: метеорология, при дистанционном контроле за состоянием атмосферы . Сущность изобретения: формируют и посылают импульсы зондирующего неполяризованного излучения, частота импульсов -которого устанавливается в зависимости от соотношения заданной толщины аэрозольного слоя и скорости распространения излучения . Регистрируют рассеянное излучение, выделяют его поляризованную компоненту , определяют плоскость поляризации этой компоненты и по изменению ориентации плоскости поляризации судят о наличии аэрозольных слоев толщиной более заданной величины, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 W 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4775415/10 (22) 23.10.89 (46) 23.10,92, Бюл. М 39 (71) Всесоюзн ы и научно-исследо вател ьский и информационный центр "Экология" (72) А. А. Черноярский, Ю, B. Пузанов, В. А. Зимин и В, B. Николаев (56) 1. Зуев В. Е. и Наац И. Э, Обратные задачи лазерного зондирования атмосферы, — Новосибирск: Наука, 1982, с. 154 — 165, 2. Герман А. И. и др. Исследование поляриэационных характеристик отраженных сигналов от облаков и подстилающей поверхности с помощью метеорологического лидара. — Труды ЦАО, 1975, вып, 109, с. 51 — 65, Изобретение относится к метеорологическим способам изменения атмосферных загрязняющих веществ и может быть использовано в системах дистанционного контроля за состоянием атмосферы при определении наличия в ней слоев с повышенной концентрацией аэрозоля.

Известны способы определения наличия аэрозольных слоев, основанные на использовании методов оптического зондирования ат мосферы при помощи лидаров (1), Способы основаны на регистрации оптических сигналов обратного рассеяния и последующего анализа полученных сигналов с целью выявления слоев с повышенной концентрацией аэрозоля.

Основной недостаток этих способов— нечувствительность к слоям, оптическая плотность которых меньше или сравнима с

„„ Ы„„1770934 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ

АЭРОЗОЛЬНЫХ СЛОЕВ В АТМОСФЕРЕ (57) Использование: метеорология, при дистанционном контроле за состоянием атмосферы. Сущность изобретения: формируют и посылают импульсы зондирующего неполяризованного излучения, частота импульсов .которого устанавливается в зависимости от соотношения заданной толщины аэрозольного слоя и скорости распространения излучения. Регистрируют рассеянное излучение, выделяют его поляризованную компоненту, определяют плоскость поляризации этой компоненты и по изменению ориентации плоскости поляризации судят о наличии аэрозольных слоев толщиной более заданной величины, 1 ил. оптической плотностью окружающей атмосферы.

Известен также способ, принятый за прототип, основанный на измерении азимута поляризации регистрируемого излучения (2), Способ основан на том, что формируют импульсный лазерный луч со 100;ь-ной поляризацией и определенной ориентацией плоскости поляризации, регистрируют луч, рассеянный средой на 180 (в обратном направлении), измеряют интенсивности рассеянного луча, прошедшего по трем каналам с поляризационными анализаторами, оси полного пропускания котсоых развернуты относительно друг друга на 120, обрабатывают измерения и по результатам обработки определяют азимут поляризации зарегистрированного излучения, По величине азимута поляризации делают вывод о микроструктуре рассеивающей среды.!

) и

С (л) ф

1770934

При этом длительность зондирующего импульса никак не связывается с параметрами среды, т.е. источник излучения может быть и постоянным, не импульсным. Обработка результатов измерений требует значительных затрат времени. Кроме того, способ по прототипу не позволяет получить однозначную и достоверную информацию о фазовом состоянии среды по вычисленным значениям параметров поляризации. Именно, на стр. 63 прототипа отмечается, что однозначной связи угла поворота плоскости поляризации со структурой среды не наблюдается. Этот поворот плоскости поляризации в прототипе обусловлен эффектами когерентного взаимодействия зондирующего и рассеянного лучей и никак не связан с микроструктурой рассеивающей среды и ее параметрами, в частности с толщиной рассеивающего слоя.

Целью изобретения является обеспечение возможности селекции аэрозольных слоев по толщине.

Эта цель достигается тем, что контролируемую среду облучают импульсным источником излучения, длительность которого т достаточно мала и удовлетворяет условию где d — прдполагаемая толщина аэрозольного слоя, с — скорость распространения излучения, и производят регистрацию рассеянного излучения во всем диапазоне углОв рассеяния.

В ходе регистрации рассеянногои излучения определяют ориентацию плоскости поляризации и по изменению этой ориентации судят о наличии аэрозольных слоев с толщиной, превышающей d .

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет повысить достоверность идентификации аэрозольных слоев и упростить обработку результатов измерений, исключив сложные вычисления.

Сущность способа заключается в следующем, При облучении контролируемой среды импульсным источником 1 (см. чертеж) образуется световой цуг 2, протяженность которого по направлению распространения составляет с т, где с — скорость излучения, t — длительность импульса в источнике, Проходя через различные области 3, 4, 5, 6 и 7 рассеивающей среды, этот световой цуг

40 рассеивается и при этом поляризуется. Рассеянныые под углами 6, Оэ лучи 8 и 9 регистрируются фотоприемным устройством 10. Известно, что при рассеянии на крупных аэрозольных частицах плоскость поляризации рассеянного на большие и малые углы излучения лежит в плоскости рассеяния. в то время как при рассеянии в чистой молекулярной атмосфере плоскость поляризации всегда строго перпендикулярна плоскости рассеяния. Пусть атмосфера содержит чистые слои молекулярного состава 3, 5 и 7, чередующиеся со слоями 4 и 6, содержащие аэрозольные частицы с повышенной концентрацией. В результате последовательного прохождения светового цуга 2 через эти слои рассеянные лучи 8 и 9 испытывают поворот плоскости поляризации на 90, Этот факт поворота плоскости поляризации, регистрируемый при помощи фотоприемного устройства 10, служит свидетельст:ом наличия аэрозольных слоев в чистой атмосфере. Для более эффективного использования способа необходимо. чтобы пространственная протяженность зондирующего цуга 2 не превосходила эффективной толщины слоя d, что и обуславливает соотношение (1).

Изобретение осуществляется следующим образом.

B качестве источника излучения может быть использован импульсный лазер, Фотоприемное устройство, имеющее широкое поле зрения в пределах 0 — 180, устанавливается на аэрокосмическом носителе и позволяет регистрировать рассеянное в среде излучения. При помощи этого устройства отслеживается ориентация плоскости поляризации регистрируемого излучения. Такие устройства широко известны, например сахариметры или поляриметры. По изменению ориентации плоскости поляризации судят о наличии аэрозольных слоев.

Формула изобретения

Способ определения наличия аэрозольных слоев в атмосфере, включающий формирование и посылку импульсного v зондирующего излучения, регистрацию рас сеянного излучения, определение плоскости поляризации этого излучения обработку результатов измерения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечени возможности селекции аэрозольных слое по толщине, зондирующее излучение фор. мируют неполяризованным с длительно. стью импульсов не превышающей d/c, где св скорость распространения излучения, а d1770934

40

50

Составитель Ю.Пузанов

Редактор М. Кузнецова Техред M. Ìoðãå Hòàë Корректор M.Òêà÷

Заказ 3741 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 заданная толщина слоя, определение плоскости поляризации осуществляют по поляризованной компаненте рассеянного излучения, а по изменению ориентации плоскости поляризации судят о наличии слоев толщиной, превышающей d.