Лидарная трансмиссометрия слабо замутненной атмосферы тема диссертации и автореферата по ВАК 25.00.30, кандидат физико-математических наук Драбенко, Валерия Алексеевна

Диссертация и автореферат на тему «Лидарная трансмиссометрия слабо замутненной атмосферы». disserCat — научная электронная библиотека.
Автореферат
Диссертация
Артикул: 463786
Год: 
2012
Автор научной работы: 
Драбенко, Валерия Алексеевна
Ученая cтепень: 
кандидат физико-математических наук
Место защиты диссертации: 
Санкт-Петербург
Код cпециальности ВАК: 
25.00.30
Специальность: 
Науки о Земле -- Геофизические науки -- Метеорология -- Атмосферная оптика -- Прозрачность атмосферы -- Лазерное исследование
Количество cтраниц: 
128

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Драбенко, Валерия Алексеевна

ВВЕДЕНИЕ 3 1 Задача лидарного определения оптических параметров атмосферы 12 2. Интегральные методы многопозиционного лидарного исследования слабо замутненной атмосферы 16 3 Методы многопозиционного лидарного зондирования атмосферы импульсами конечной длительности 20 4. Решение обратной задачи лидарной трансмиссометрии слабо замутненной однородной атмосферы

4.1. Линеаризация задачи

4.2 Результаты определения фоновой засветки

4.3 Результаты определения коэффициента ослабления

4.4 Результаты определения точностных характеристик лидарного сигнала

4.5 Результаты определения аэрозольных и лидарных характеристик в пределах одного цикла измерений 65 5 Эффективность методов интерпретации данных лидарной трансмиссометрии слабо замутненной атмосферы

Заключение диссертации по теме "Науки о Земле -- Геофизические науки -- Метеорология -- Атмосферная оптика -- Прозрачность атмосферы -- Лазерное исследование", Драбенко, Валерия Алексеевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе развиты методы интерпретации аэрозольной информации, основанные на решении лидарного уравнения, содержащего фоновую засветку. Исследование выполнено с использованием линеаризации обратной задачи лидарного зондирования слабо замутненной атмосферы. Разработан новый метод решения обратной задачи лидарного зондирования слабо замутненной атмосферы, включающий линеаризацию задачи и локализацию области измерений с допустимыми систематическими погрешностями эхо сигнала. Установлены границы области измерений с допустимыми систематическими погрешностями эхо сигнала с учетом особенностей измерительной аппаратуры и условий зондирования.

Исследование выполнено для типичных параметров аэрозоля слабо замутненной атмосферы и для реалистических характеристик лидаров. С этой целью использованы данные лидарных измерений. В результате, удалось проанализировать и учесть особенности аппаратуры и атмосферы.

Выполненные исследования позволили сделать следующие основные выводы:

1. Разработана новая методика решения обратной задачи, позволившая повысить точность лидарных измерений коэффициента ослабления слабо замутненной атмосферы.

2. Раскрыты причины высокой точности решения линеаризованной обратной задачи лидарного зондирования слабо замутненной атмосферы.

3. Проведена модернизация алгоритмов лидарного определения коэффициента ослабления слабо замутненной атмосферы, обеспечивающих получение оценки погрешности осредненного коэффициента ослабления.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Драбенко, Валерия Алексеевна, 2012 год

1. Степаненко В.Д. Радиолокация в метеорологии // JL: Гидрометеоиздат. - 1973. - 343 с.

2. Захаров В.М., Костко O.K. Метеорологическая лазерная локация // JL: Гидрометеоиздат. 1977. - с.222.

3. Хинкли Э.Д. Лазерный контроль атмосферы // М.: Мир. -1979. с.416.

4. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование // М.: Мир. 1987. - с.550.

5. Иванов А.П. Методы лазерного зондирования атмосферы // Квантовая электроника и лазерная спектроскопия. 1974.- № 12. - с.381-406.

6. Самохвалов И.В. Теория двухкратного рассеяния и её приложения к задачам лазерного зондирования аэрозоля // Дистанционные методы исследования атмосферы. Новосибирск: Наука. 1980. - с.90-134.

7. Collis R.T.H. and Russel Р.В. Lidar Measurements of Particles and Gases by Elastic Backscattering and Differential Absorption, in Laser Monitoring of the Atmosphere // Berlin.: Sprinder-Verlag. 1976. - pp.71-151.

8. Russell P.В., Swissler T.J. and McCormick M.P. Methodology for error analysis and simulation of lidar aerosol measurements //Appl. Opt.- 1979. v.18. - pp.3783-3797.

9. Kohl R.H. "Discussion of interpretation problem encountered in single-wavelength lidar transmissometers" // J.Appl.Meteorol. 1978. -v. 17. - pp.1034-1038.

10. Barret E.W., Ben-Dov O. Application of the lidar to air pollution measurement // J.Appl.Meteor. 1967. - v.6. - No.3. -pp.500-509.

11. Kano J.M. On the determination of backscattered and extinction coefficient of the atmosphere by using a laser radar // Papers Meteorology and Geophysics 1968. - v.19. - No.l. - p.121-129.

12. Viezee W., Uthe E. and Collis R.T.H. Lidar observations of airfield approach conditions: an explanatory study // J.Appl.Meteor. -1969. v.8 - pp.274-283.

13. Frederick G., Fernald F.G. Benjamin M.H. and John A.R. Determination of Aerosol Height Distributions by Lidar // Appl. Meteor. 1972. - v.l 1,№5. - pp.482-489.

14. Захаров B.M., Портасов B.C., Жигулева И.С. Методические вопросы лазерной локации аэрозольной атмосферы // Радиофизические исследования атмосферы. JL: Гидрометеоиздат. -1977. с.61-62.

15. Балин Ю.С., Самохвалов И.В. Статистические характеристики вертикальной структуры обратного рассеяния в нижней тропосфере // Изв. АН.СССР. ФАО. 1983. - т.19. - №9. - с.937-943.

16. Bissonnette L.R. Sensitivity analysis of lidar inversion algorithms //Appl. Opt. v.25. 1986. - pp.2122-2125.

17. Kaestner M. Lidar inversion with variable backscatter / extinction rations: comment // Appl. Opt. 1986. - v.25. - pp.833835.

18. Balin Yu.S., Kavkyanov S.I., Krekov G.M. and Rasencov I.A. Noise -proof inversion of lidar equation // Opt. Lett. 1987. -v.12. - pp.13-15.

19. Jinhuan Q. Sensitivity of lidar equation solution to boundary values and determination of the values // Adv. Atmos. Sci. 1988.- v.5 - pp.229-241.

20. Balin Yu.S. Kavkyanov S.I., Rasencov I.A. Lidar Studies of Aerosol Fields over Industrial Areas // Proceedings of Fifteenth International Laser Radar Conference (part 2), Tomsk, USSR: Institute of Atmospheric Optics. 1990. - pp.92-94.

21. Carswell A.I. Lidar remote sensing of atmospheric aerosols //Proc. SPIE. -.1990. v.1312. - pp.206-220.

22. Guasta M.D., Balestri S., Castagnoli F. Stefanutti L. Barbaro A. Integration of backscattering-LIDAR and ground-based meteorological and pollution data in Florence (Italy) // SPIE. 1997. - v.3104. - pp.73-75.

23. Бурлов Г.М. Способ определения показателя обратного рассеяния атмосферы. А.с. №363061 (СССР) // Бюлл. Изобр., -1973. №3.

24. Сергеев Н.М., Кугейко М.М. Ашкинадзе Д.А. Двухлидарный метод определения оптических характеристик атмосферы // VI Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Тезисы докладов. -Томск. - ч.1. - 1980. - с.126-129.

25. Егоров А.Д. Зондирование атмосферы оптическими системами // Труды ГГО. 1982. - Вып.462. - с.68-70.

26. Кугейко М.М., Сергеев Н.М., Ашкинадзе Д.А. О возможностях измерения оптических характеристикрассеивающих сред с помощью подвижных лидаров // Изв. АН СССР. ФАО. 1982. - т.18. - №12. - с.1296-1302.

27. Сергеев Н.М., Кугейко М.М. Ашкинадзе Д.А. Способ определения оптических характеристик рассеивающих сред. A.c. №966639 (СССР) // Бюлл .изобр., 1982. - №38.

28. Егоров А.Д., Степаненко В.Д. Особенности оптического зондирования атмосферного аэрозоля и облаков // Труды IX Всесоюзного симпозиума по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Томск. - 1987. - с.324-326.

29. Веретенников В.В. Метод томографического зондирования в лидарных исследованиях атмосферы // Оптика атмосферы. 1989. - Т.2,№8. с. 851-856.

30. Веретенников В.В. О решении уравнений лидарного томографического зондирования атмосферы // Оптика атмосферы. -1991. Т.4,№6. - с. 638-644.

31. Веретенников В.В. К теории томографического зондирования атмосферы с использованием двух лидаров // Оптика атмосферы. 1991. - Т.4, №7. - с. 675-680.

32. Егоров А.Д. Альтернативные направления интерпретации лидарной информации // Спб. ГГО. - 1993. - с.81.

33. Егоров А.Д., Ковалев В.А., Степаненко В.Д., Щукин Г.Г. Лидарное зондирование аэрозоля и газовых компонентов атмосферы нетрадиционными методами // Труды XI симпозиума по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Томск. -1993. - с.137-140.

34. Yegorov, A.D., Корр, I.Z. & Perelman, A.Y. Air aerosol pollution and lidar measurements // Proc. SPIE "Lidar and Atmospheric Sensing", 2505. 1995. - pp.38-43.

35. Yegorov A.D., Sinkevich A.A., Stepanenko V.D. Aerosol measurements by unconventional lidar techniques// Journal of Aerosol Science, 1996, v.27, Supplement 1, pp. S549-S550.

36. Yegorov A.D., Yegorova I.A. Comparative analysis of multipositional remote sensing techniques // Proc. of Image processing, signal processing, and syntheetic aperture radar for remote sensing, v.3217, 1997, pp. 398-403.

37. Yegorov A.D., Boitzov P.P., Stepanenko V.D. and Shumakov L.I. Lidar sensing of the lower atmospheric layer around a highway // Proceedings of the Soviet-American Simposium on mobile-source air pollution (AUTOEX,v.20). -1992.-pp.102-124.

38. Klett J.D. Stable analytical inversion solution for processing lidar returns // Appl.Opt. 1981. - vol.20. - № 2. - pp.211220.

39. Ferguson J.A. and Stephens D.H. Algorithm for inverting lidar returns //Appl. Opt. 1983,- v.22. - pp.3673-3675.

40. Fernald F.G. Analysis of atmospheric lidar observations: some comments //Appl. Opt. v.23. - 1984. - pp.652-653.

41. Sasano Y. and Nakano H. Significance of the extinction / backscatter ratio and the boundary value term in the solution for the two-component lidar equation // Appl. Opt. 1984. - v.23. -pp.11-13.

42. Klett J.D. Lidar inversion with variable backscatter / extinction rations //Appl. Opt. 1986.- v.24. - pp.1638-1643.

43. Pal A.G., Cunningham A.G. and Carswell A.I. Lidar studies of the tropospheric extinction coefficient // Proceedings of Fifteenth International Laser Radar Conference (part 1), Tomsk, USSR: Institute of Atmospheric Optics. 1990. - pp.152-153.

44. Kovalev V.A. Lidar measurements of the vertical aerosol extinction profiles with range-dependent backscatter-to-extinction ratios //Appl. Opt.- 1993. v.32. - pp.6053-6056.

45. Kunz G.J. and Leeuw G. Inversion of lidar signals with the slope method //Appl. Opt. 1993,- v.32. - pp.3249-3256.

46. Kovalev V.A. and Moosmtiller H. Distortion of particulate extinction profiles measured with lidar in two-component atmosphere //Appl. Opt. 1994 - v.33.-№ 27 - pp.6499-6507.

47. Kovalev V.A. Sensitivity of the lidar equation solution to errors in the aerosol backscatter-to-extinction ratio: influence of amonotonie change in the aerosol extinction coefficient // Appl. Opt. 1995. - v.34 - pp.3457-3462.

48. Егоров A.Д. Лидарное зондирование загрязняющего атмосферу аэрозоля //Труды НИЦ ДЗА (филиал ГГО). 1997. Вып.1(546). - с.33 - 36.

49. Strawbridge К.В. Optical Properties of Aerosols Obtained from Airborne Lidar and Several In-Site Instruments During RACE // SPIE. 1997. - v.3104. - pp.204-211.

50. Komarov V.S., Grishin A.I., Kreminskii A.V., Matvienko G.G., Popov Yu.B. Statistical analysis and prediction of the aerosol vertical stratification in the atmospheric boundary layer from the lidar sounding data // SPIE. 1998. - v.3583. - pp.214218.

51. Rocadenbosch F., Comeron A. and Pineda D. Assessment of lidar inversion errors for homogeneous atmospheres // Appl. Opt. 1998,- v.37. - pp.2199-2206.

52. Rocadenbosch F., Soriano C., Comeron A., and Baldasano J.M. lidar inversion of atmospheric backscatter and extinction-to-backscatter ratios by use of a Kalman filter // Appl. Opt. 1999 -v.38. - № 15 - pp.3175-3189.

53. Yegorov A.D. Airborne lidar studies of air aerosol pollution // Proc.of the Second International Airborne Remote Sensing Conference. 1996. - v.l. - pp.377- 381

54. Yegorov, A.D., Perelman, A.Y. & Kaziakhmedov, T.B. Estimate of Aerosol Microstructure Based on Integral Method of Multiposition Sounding of the Atmosphere // Optika Atmosfery i Okeana. 1997. - v.10. - pp.1164-1169.

55. Yegorov A.D., Sinkevich A.A., Stepanenko V.D. Atmosphere aerosols monitoring by new lidar techniques // Nuremberg: PARTEC 98. 7th European Symposium Particle Characterization. 1998. -pp.799-802.

56. Потапова И.А. Лазерное многолучевое определение метеорологической дальности видимости в неоднородной атмосфере // В кн.: Труды конференции молодых ученых национальных гидромедслужб стран СНГ (Тезисы докладов.). Москва 1999. - с.51-52.

57. Yegorov, A.D., Perelman, A.Y. Lidar studies of air aerosol pollution // Proc. of European Conference on Laser and Electro-Optics. Hamburg, 1996.

58. Егоров А.Д., Потапова И.А., Щукин Г.Г. Методы лидарного зондирования атмосферного аэрозоля // Оптический журнал. 2001. - том 68. - №11. - с.10-14.

59. Егоров А.Д., Потапова И.А. Определение характеристик аэрозоля лидарными системами //Труды НИЦ ДЗА (филиал ГГО), 2002, вып.4(552), с.14 18.

60. Егоров А.Д., Потапова И.А. Лидарные исследования прозрачности атмосферы //Труды НИЦ ДЗА (филиал ГГО), 2004, вып.5(553), с. 131 142.

61. Потапова И.А. Метод интерпретации данных лидарного зондирования атмосферного аэрозоля // Сборник научных трудов «Наука северному региону», вып. LX, Изд. АГТУ, 2004

62. Егоров А.Д., Потапова И.А., Ржонсницкая Ю.Б., Драбенко В.А., Ощуркова A.A. Методы многопозиционного лидарного зондирования атмосферы // Ученые записки РГГМУ, № 16, 2010.

63. Yegorov A.D., Sinkevich A.A., Zhvalev V.F. The Experience of aircraft aerosol investigations in Aral sea region // Journal of Aerosol Science, 1994, v.25, Supplement 1.

64. Yegorov A.D., Sinkevich A.A., Stepanenko V.D. Lidar investigation of highway aerosol // Journal of Aerosol Science, 1995, v.26, Supplement 1.

65. Егоров А.Д., Степаненко В.Д. Лидарные методы определения характеристик атмосферного аэрозоля // Труды Всесоюзного совещания по радиометеорологии,- Таллин. 1982. - с.299-300.

66. Егоров А.Д., Меликов С.Г. Зондирование атмосферного аэрозоля оптическими локаторами и оптико-локационными системами // Деп. в ИЦ ВНИИГМИ- МЦД, 1985.

67. Егоров А.Д., Меликов С.Г., Емельянова В.Н. Лидарное зондирование атмосферной дымки // Труды ГГО. 1986. - Вып. 509. - с.112-114.

68. Егоров А.Д., Меликов С.Г. Некоторые результаты исследования аэрозоля аридного происхождения // 1У Всесоюзная конференция "Природные ресурсы пустынь и их освоение".- Тезисы докладов. Ашхабад. - ч.1. - 1986. - с.18-20.

69. Егоров А.Д., Меликов С.Г. Некоторые результаты дистанционных исследований атмосферного аэрозоля // IX Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере.- Тезисы докладов. Томск. - ч.1. - 1987. - с.319-323.

70. Егоров А.Д., Степаненко В.Д. Некоторые особенности лидарного зондирования аэрозолей // Метеорологические аспекты загрязнения атмосферы. Т.III. М.: Гидрометеоиздат. - 1981. - с.42-48.

71. Yegorov, A.D., Корр, I.Z. Air aerosol pollution data analysis and airborne lidar measurements// Proc. of the Second International Airborne Remote Sensing Conference. 1996. - v.3. - pp.377- 381.

72. Yegorov, A.D., Perelman, A.Y. Lidar monitoring of visibility in polluted air // Proc. of 11th world clean air and environment congress, v.2, 1998, 7B-2.

73. Yegorov, A.D., Perelman, A.Y., Kaziakhmedov, T.B. Urban and industrial aerosol data analysis and lidar measurements // Proc. SPIE, Lidar atmospheric monitoring, v.3104, 1997 pp. 234-238.

74. Yegorov, A.D., Kopp, I.Z. Multiposition lidar monitoring of inhomogeneous air aerosol pollution // Proc. of SPIE, Lidar atmospheric monitoring, v.3104, 1997, pp. 239-241.

75. Yegorov, A.D., Kopp, I.Z. International cooperation in lidar and other optical studies of atmospheric air aerosol pollution // Proc. of 11th world clean air and environment congress, v.5, 1998, 14A-5.

76. Егоров А. Д., Драбенко В. А. Зондирование атмосферы импульсами конечной длительности с использованием лидаров // Сборник научных трудов СПб ВМИ № 1, 2009.

77. Драбенко В. А. Лидарное зондирование атмосферы с использованием многопозиционного размещения // Сборник научных трудов СПб ВМИ № 1, 2010.

78. Драбенко В. А. Лидарное зондирование атмосферного аэрозоля с использованием интегральных методик // Сборник научных трудов СПб ВМИ № 2, 2010.

79. Драбенко В. А. Зондирование атмосферы лидарами с использованием импульсов конечной длительности // Сборник научных трудов СПб ВМИ № 1, 2011.

80. Драбенко В.А. Эффективность методов интерпретации данных лидарного зондирования слабо замутненой атмосферы // Тезисы Межвузовская научно-практическая конференция военно-научного общества курсантов и молодых ученых Перспектива 2012, Воронеж 2012.

81. Драбенко В.А. Задача лидарного определения оптическихь параметров атмосферы // Тезисы Межвузовская научно-практическая конференция военно-научного общества курсантов и молодых ученых Перспектива 2012, Воронеж 2012.

82. Драбенко В.А. Возможность определения загрязнеености атмсферы аэрозолями с использованием медотов эластичного рассеяния // Тезисы научно-практической коференции 2012, СПб 2012.

83. Драбенко В.А. Решение обратной задай лидарного зондирования слабо замутненой однородной атмосферы в случае линеаризации задачи // Тезисы научно-практической коференции 2012, СПб 2012.

84. Егоров А.Д., Потапова И.А., Ржонсницкая Ю.Б. Обращение слабых сигналов и достоверность результатов лидарных измерений /Тезисы XIII Международного симпозиума «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы», Томск, 2006

85. Егоров А.Д., Потапова И.А., Привалов Д.В., Ржонсницкая Ю.Б. Особенности лидарного зондирования атмосферного аэрозоля/Тезисы докладов итоговой сессии ученого совета РГГМУ, СПб, 2006, с.37 38.

86. Егоров А.Д., Потапова И.А., Ржонсницкая Ю.Б. Обращение лидарных сигналов малой мощности / Оптический журнал. 2007. -том 74. - №10.

87. Егоров А.Д., Потапова И.А., Ржонсницкая Ю.Б. Оценка случайных погрешностей лидарных измерений атмосферных характеристик // Ученые записки РГГМУ, № 17, 2011.

88. Yegorov A.D., Potapova I.A., Rzhonsnitskaya Yu.B. Atmospheric aerosols measurements and reliability problem/ International Journal of Remote Sensing, 2008, том 29, 2449 2468.

89. Потапова И.А. Оценка инструментальных погрешностей лидарных измерений атмосферных характеристик/ Ученые записки РГГМУ,№ 9, 2009, 86 91.

90. Егоров А.Д., Потапова И.А., Ржонсницкая Ю.Б., Ошуркова A.A. Интегральные методы лидарного зондирования атмосферного аэрозоля // Ученые записки РГГМУ, № 18, 2011.

91. Егоров А.Д., Потапова И.А., Ржонсницкая Ю.Б., Драбенко В.А., Ошуркова A.A. Интерпретация данных лидарного зондирования слабо рассеивающей атмосферы // Тезисы Международного симпозиума МСАРД-2011, СПб, 2011.

92. Ржонсницкая Ю.Б. Обращение слабых сигналов лидарного зондирования атмосферного аэрозоля // Автореферат диссертации, представленной на соискание учёной степени доктора физико -математических наук, Санкт Петербург, 2011, 39 с.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания.
В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

Автореферат
200 руб.
Диссертация
500 руб.
Артикул: 463786