Способ дистанционного определения параметров атмосферы

 

Изобретсене относится к области метоопопогин. Цель изобретения - повышение точности измерения и увеличения числа одновременно измеряемых параметров атмосферы. Способ заключается в посыпке импульсоп монохроматического излучения ультрафиолетового или видимого диапазонов спектра, иэмерешги интенсивности рассеянного назад излучения п полосах спектра „ шип анного комбинационного рассеяния и ня длине волны несмещснного рассеяния. Повышение чувсгвиИзобрстсние относится к метеорологии , оптике атмосферы, методам дистанциоьного определения профилей температуры , влажности, коэффициентов ослабления и обратного рассеяния атмосферы одновременно. Цель изобретения - увеличение числа одновременно измеряем ix параметров и повышение точно-.- мерений. На Лиг1. 1 показаны частотные сдвиги Q-ВРтвей копеблтел1)Но-вращятельтельности и определение всех параметров атмосферы достигается посылкой в атмосферу одновременно с первым второго импульса монохроматического излучения, который находится в следующем соотношении с первым V, - t 2213,5 , и от импульса излучения с большим волновым числом измеряют интенсивность рассеянного излучения в пяти участках спектра: стоксовой и антистоксовой полосах чисто вращательного спектра на молекулах комбинированного рассеяния азота и кислорода, колебательно-вращательного спектра комбинационного рассеяния на молекулах азота н паров воды и несмещенное рассеянное излучение, а от импульса излучения с меньшим волновым числом измеряют интенсивность излучения колебатрльно-вращательного спектра СКР на молекулах кислорода и по чтим измеренным интенсивностям рассеянного излучения определяют параметры атмосферы. 2 ил. ньгх спектров КР молекул азота, кислорода и молекул паров воды относительно частоты возбуждающего излучения; на фиг. 2 изображены выделяемые участки спектра и спектральные линии возбуждающего излучения с длинами волн Л1 и А1. Мощность Р притгмаемого излучения СКР на молекулах паров воды с длиной волны / возбуждаемого излучением с длиной волны Л, описывается уравнением с Ј (/) СЛ 00 -J О о

„„SU „,1537000 (51) 5 Г 01 W 1/04.<грудам

I,I?,». ò, .. Т., 1У Ц, ..,1Г»61 В 1ТЕНА Ю

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ. * (. @ ф, СОК)3 СОВЕТСКИХ

Ы,> 6 Л,,. —, COLU1AflHCTII-(EDNX

»

»»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) О7. >>7. 9? . h>n->, 11 25 (21) 41О7 >>/1>1 (22) 22. О ->. 87 (71) 11нстн1ут оптики атмосферь>

СО AII ГССР (72) 1п,>1>, Арп:пион, C.М. Г>обровников, С. 11, Роп>. >I >r 1 . К. 111умский (5S) 551.4>I5(ÏÂÂ.P) (56) Авторское с и идете льстн о ГГГР

h 537>132, кп. (: 01 W 1/04, 197 6. (5 ) С1 ОГО1: >1ИСТА1111ИОШ!ОГО ОПТЕ>1РЛГ11ИЯ ПАРРР11 . 1i (>1? >> РМОСФЕР1>1 (57) Изобретен.!е относится к обпасти метеорологии. 11гпь изобретения — повышение точногти измерения и увеличения виспа одновременно измеряемь>х параметров ат>лосфер>п. Способ закп>очается и погыпке импульсов монохроматическогс изпучения у:»ьтрафиолетового ипи видимого диапазонов спектра, измерении инте гивиости рассеянного назад и 3J!, ÷å>>ия в пологах спектра .пон I анного комбинационного рассеяния и иа длине волны несмещен ного рассеяния. Иовьппеиие чувствиИзобретение относится к метеорологии, оптике атмосферы, методам дистанцио>,нс го г>пределения профилей температуры, властности, коэ>1>фициентон ослабления и обратного рассеяния ат) мос>1>еры одновременно.

Иепь изобретения — увеличение числа одновременно измеряемых иарамечрон и повышение точ»с -.- а-эмерений.

На Лиг. 1 показан>ы частотные сдвиги О-ветвей колебательно-вращательтепьногти и определение всех параметров атмосферы достигается погылкой в атмосфгпу одновременно с первым второго импульса монохроматического излучения, который находится в следующем соотношении с первым

2213,5 см, и от импульса излучения с большим волновым числом измеряют интенсивность рассеянного излучения в пяти участках спектра: стоксовой и аитистоксовой попас 1х чисто вращатепт ного спектра иа мопекупах комбинированного расгe>IIIIIa азота и кислорода, ьопебатепьно-вращательного спектра комбинациоинот о рассеяния на мопекулах азота и паров воды и

>О несмещенное рассеянное излучение, а от импульса излучения с меньшим волновым числом измеряют интенсивность излучения колебательно-враща- С тельного спектра ГКР на молекулах кислорода и по .тим измеренным интен° ю сивностям рассеянного излучения опредепяют параметры атмосферы. 2 ил. О

1АР

С::>

СР ных спектров КР мопвкуп азота, кисло- () рода и молекул паров воды относительно частоты нозбу >1а>вщего излучения; на фиг. 2 изображены выделяемые участки спектра и спектрапьиьl> линии во э б у>кдающе г o H 3 JI ) ч >» и >л >I c дп ин ам н

3>

ВОЛН BI И Лг.

Мощность P принимаемого излучения

СКР на молекулах паров воды с длиной волны Л н „ возбуждаемого излучением

1О> с длиной волны Л, о»игывается уравнением

1 З7000

P(Л3, „R) = Р (Л)К ("f< 0) 3Л)

Т(Л „)Ъ (Л „„)nRrtÄ (К) х(о ) А/R2 с1 Ч Н10 (1) 5 где Р, нз)?учаемлн мощность возбуждлющегО лазерного импульс!1; расстояние; пропусклиие всей опти ?еской

R1

К системы; пространственное рлзреп)ение; прозрлчиость атмосферы; эффективная апертура приемиикл; ге О. <е тр<п! ее кий фактор, КО ft t jf II ТР ЛЦI1 Я;

Т

Ф 31е! .N д!3<1 <1<ере?3цил<3ьное сечение рассеяния назад исследуемого 20 компонента.

Урл? 33< иие д:Iff мо<цности причимяемогп из:fy 1<- 13ия С1<Г ил моле ну<<ля кисдородл е <,131 .Itnt? волн<1

ЕМ О ГО < t 3 3<1 .т" I e f t I Ie ? 3 < J 3<1 t If t < ) lI И О Д И Ы Jl < имеет cëoду))<пи<< 3<31д

Р(Л «) Р (Л !1 (Л )3(л )Т(л %)

° (Л, „)„„, i ) (— a/ (2)

1 (Л ff 0? R) 1 о (

Отношение

1 (Л î., 1) . (Л,) К(a,<, )

К (Л,,) 1(Л н,<) ) V(p ff «), .") Т(Л Т(Лп ) I(Л,, 1) 35 обознзч?еl через 1 (R) <30

Отнощси!?е прозрачностей Т(Л 3f „) / !

О

/T (Л <) 1 ) мож)3О с It! TctTb рлl)иым ед31133п)е так клк участки <:пектрл с и<и<нами I, )Jl

Л?< и и Л, еж;?т в непосР дстиен<), ной близости друг o T друга U шкале 4 длин волн зл счет подбора волн возбуждающего излучения.

3!а фиг. 1 показлны частотные сдвиги 0 — вет))е<3 колебательно-врящатель50 иых спектров комоиилционного рассеяния молекул азота (3< ), кислорода (0 ) и молекул !!аров f)OJI»f (Н )О) относительно частоты возбуждл<«п?его излучения.

Из фиг. 1 I) ftpf«) q I To J!JI)1 Л, мОжио подобрать такую,Л, что

=1100 А и Л, Л1< о - 1! (A.

Преп ебре)3<е)113«

< прозрячност<3 и fit< г< рияде длин BDJIII

100 А 1<иое33т оп<ибку менее 17 (Зуев

В.Е. Распространение ллзерного излучения и атмосфере. - t!.: Радио и связь, !98!).

Оптимальная разница между частотами лазерного излучения 3 = )3 — 4 уп) — 2213,5 см

КОЗ<РфИЦИЕНтами и постоянными величинами, входящими в уравнение (4) для

)<ростоты расчета можно пренебречь °

Р(Лл!) „R) в(в)

Р "f (, И„К) ™ В(В,) мощность принимаемого излучения СИР на молекулах азота (1

? 3т

13 О 3 б уж д и е м О г О из л уч еН НЕМ С ДЛИНой ИОЛНЫ

Л< 3 гд! P(Л R)

М! ,ег

1 (<

1 (Я ),R) — сумма мощностей при<) 3, ?<, зимлемого излучения в стоксовой (в3.) и аитистоксовой (лз(:) полосах чисто

»1>att 3ельногО спектра СКР на молекулах азота и кислорода, возбуждаемых и.<лучением с дли?!Ой волны

Выделяемые участки спектра чисто вращательной полосы CKP на молекулах кислорода 3! азота, возбуждаемого изл;чением с длиной волны Л,, выбраны таким образом, что интенсивность стоксового участка падает с ростом температуры, а антистоксового - растет, сумма же интенсивностей стоксового и аит33стексового участков вращательной полосы СКР на молекулах азота и кислорода От температуры не зависит.

В итоге «п3еем

Далее нормируем функцию Z (R) на начальную точку и считаем, что распределение концентрации кислорода в л<;<осфере является постоянным вдоль горизонтальной трассы зондирования

3I!»3 может быть задано априорно для вертикальной или Йлклоиной трассы.

Z(R) 1 (Л<1,<), R) Р(Л<)?, Ro) I . (R,) P(ë„,, R) Р(л, „8,) т(Л,) М (R )

В ур;н)пение (4) входит неопредеJf<)3333» 3 Отношение прозрачностей

Т(3!) /Т(Л ).

1!лйдем отношение В(к) 1 г! 1 7 k)!1!) Р(R.) Ro

10 (6) сеяния.

С учетом уравнения (5) уравнение (4) примет следующий вид:

Ип10 (R) р(ЛН-k) R) 1

Nu o (R ) (>PI

Р(Л kC< R) Р (Я II I)q R) Таким образом, распределение концентрация паров воды вдоль трас.сьс зондирования относительно начаг!чссой точки опись.вается ypgBI!ek!ис и (с ), в правую састь которого входят все измеряемые величины. 20

Температура лтмосфергп определяетсН из отиопсения интенсивностей рассеянного излучения в стоксовой и антистоксовой полосах чистс вращательного спектрэ спонтанного хомС!инлцион- 25 ного рассеяния светл.

Коэффици Т!1 обратного рассеяния на длине волин: излучения передатчика 71, измеряет-.ÿ по отношен1по сигнала несмеп)е)сного расс еяния к сигналу чис- д0 то вращательной полосы СКР.

Использован)се способа обеспечивает следующие преимущества: возможность определения больп)еrn числл атмосферпараметров n7 IoBpe "Iek! I!n ea сче1 35 использования лэроэольного рассеяния и спектров комб)инационного рассеяния атмосферных газов; yBеличение точности измерений з счет у сета проэрач- / ности атмосферы, опьределяемой в про- 40 цессе самиХ измерен)ш; позволяет работать с фиксированными ITo частоте лазерами не требунппими настройки на

Y<) III! T!P I k) k !! 31l!kk llIl Il ((е!Ге Г1 1)<э) к)с ч лс тс)

TIk в !Ipo!Ipcc иэмс рений, Ф о р м у л л и ч п б р е т е н и я

СПОСОб дпгтЛНцпоННОГО С ITT pГЕЛ Ння

kTaT!BkIBт Рон л11сос.феP!kр Ос IlnBл)сный II;! посылке B атмосферу импульсл монс1хромл Tll÷pского излучения ультрафиолетового или видимого диапазона спектра, измерении интенсивностей paccpBIIIIo!n излучения в полосах чисто вращательного спектра спонтанного комбинационного рассеяния света, по которым определяют распределение температуры, о т-л и !I л ю !1 и и с я тем что с целью IToBk>!pk< I",èÿ точности иэм. ге)сий и увеличесспя чисч,) иэмеряемьг плрлМЕТРОВ, B атМОЕ!ЬЕРУ Одис)ВРС Ь! ННС ПО .Ы-лают второй имиул.,с монс1х1)омлтичеекого излучения, волновое число которого находи1 ся B следукщеl . сто TH(1Kpнии с волновым числом первого l!. 1пульса ik — 1/ = 2213 5 см интенсивность

1 1 9 излучения чисто врлщлтельнс го сс1е стра спонтлнпого комбиплц)сонногп рассеяния нл мс секуллх азота II кислородл иэм Гч— ют от изл чения импульса с C ольпясм волновым тислом, от этого же импуль са измеряют нтенcl!BIIoc Tb колебательk но-врапсател ного спектра спонтанного комбинационного рассеяния на молекулах азота, паров воды и несмещенное рассеянное излучение, л от импульса излучения с меньспим волновым числом измеряют интенсинносTb излучения колебательно-вращательного спектра спонтанного комбинационного рассеяния нл молекулах кислорода, и по этим иэмсренньсм значениям интенсивностей рассеянного излучения определяют распределение температуры, влажности, коэффициенты ослабления и обратного расТира к 184

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открьггиям при ГКИТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушекая Иаб., д. 4/5

Проиэводственно-издательский комбинат нПатент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1О!

Редактор В. Ахрем

Заказ 2819

Составитель И. Попова

Техред А.Кравчук Корректор 11. Король

Способ дистанционного определения параметров атмосферы Способ дистанционного определения параметров атмосферы Способ дистанционного определения параметров атмосферы Способ дистанционного определения параметров атмосферы 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидрометеорологии, а более конкретно для измерения гидрометеорологических параметров посредством средств регистрации, размещенных на буях

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения прозрачности атмосферы

Изобретение относится к области гидрометеорологии и может быть использовано для определения характеристик морских ветровых волн

Изобретение относится к метеорологическим приборам и может быть использовано для обеспечения работы наземных оптических средств и астрономических установок в автоматическом режиме

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано при определении характеристик атмосферы

Изобретение относится к области метеорологического приборостроения

Изобретение относится к измерительной технике и м зжет найти применение при измерении метеорологических параметров
Наверх