Том 35, номер 03, статья № 4
Разенков И. А. Эвристический подход к определению структурной характеристики показателя преломления атмосферы по данным турбулентного лидара. // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 03. С. 195–204. DOI: 10.15372/AOO20220304.Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:
Экспериментально исследована применимость существующего теоретического подхода к решению обратной задачи восстановления параметров оптической турбулентности из лидарных данных. Показано, что результаты расчетов по теоретической формуле, связывающей эхосигнал с интенсивностью турбулентных пульсаций показателя преломления воздуха, для случая статистически однородной среды с точностью до численного коэффициента удовлетворительно согласуются с данными зондирования. Для конкретного размера апертуры лидара рекомендована процедура определения коэффициента в формуле Воробьева. Предложено построение номограммы для определения структурной характеристики Cn2 для однородной турбулентности из показаний лидара. Установлено расхождение результатов эксперимента с теорией при зондировании неоднородной турбулентности. Показано, что основной вклад в формирование турбулентной компоненты эхосигнала за счет эффекта увеличения обратного рассеяния вносит участок трассы зондирования перед рассеивающим объемом. Предложено для определения структурной характеристики оптической турбулентности Cn2 пользоваться приближенной формулой, в которой нормированная характеристика Cn2 прямо пропорциональна эхосигналу и обратно пропорциональна интегралу, определяющему дисперсию флуктуаций интенсивности излучения.
Ключевые слова:
атмосферная турбулентность, эффект увеличения обратного рассеяния, турбулентный лидар
Список литературы:
1. Виноградов А.Г., Гурвич А.С., Кашкаров С.С., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Закономерность увеличения обратного рассеяния волн. Свидетельство на открытие № 359. Приоритет открытия: 25 августа 1972 г. в части теоретического обоснования и 12 августа 1976 г. в части экспериментального доказательства закономерности. Государственный реестр открытий СССР // Бюлл. изобретений. 1989. № 21.
2. Виноградов А.Г., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Эффект усиления обратного рассеяния на телах, помещенных в среду со случайными неоднородностями // Изв. вузов. Радиофиз. 1973. Т. 16, № 7. С. 1064–1070.
3. Кравцов Ю.А., Саичев А.И. Эффекты двукратного прохождения волн в случайно неоднородных средах // Успехи физ. наук. 1982. Т. 137, вып. 3. С. 501–527.
4. Разенков И.А. Перспективы применения турбулентного УОР-лидара для исследования пограничного слоя атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 1. С. 26–35; Razenkov I.A. Capabilities of a turbulent BSE-lidar for the study of the atmospheric boundary layer // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 3. P. 229–238.
5. Гурвич А.С. Лидарное зондирование турбулентности на основе усиления обратного рассеяния // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2012. Т. 48, № 6. С. 655–665.
6. Гурвич А.С. Лидарное позиционирование областей повышенной турбулентности ясного неба // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2014. Т. 50, № 2. С. 166–174.
7. Афанасьев В.Л., Гурвич А.С., Ростов А.П. Экспериментальное исследование эффекта усиления обратного рассеяния в турбулентной атмосфере // Тез. XVIII Междунар. симпоз. «Оптика атмосферы и океана, Физика атмосферы». Иркутск, 2012. Томск: ИОА СО РАН, 2012. С. 95–99.
8. Разенков И.А. Турбулентный лидар. I. Конструкция // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 1. С. 41–48; Rаzenkov I.А. Turbulent lidar: I – Desing // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 3. P. 273–280.
9. Разенков И.А. Турбулентный лидар. II. Эксперимент // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 2. С. 81–89; Rаzenkov I.А. Turbulent lidar: II – Experiment // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 3. P. 281–289.
10. Банах В.А., Разенков И.А. Лидарные измерения усиления обратного рассеяния // Опт. и спектроскоп. 2016. Т. 120, № 2. С. 339–348.
11. Воробьев В.В. О применимости асимптотических формул восстановления параметров «оптической» турбулентности из данных импульсного лидарного зондирования. I. Уравнения // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 10. С. 870–875; Vorob’ev V.V. On the applicability of asymptotic formulas of retrieving “optical” turbulence parameters from pulse lidar sounding data: I – Equations // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 2. P. 156–161.
12. Воробьев В.В. О применимости асимптотических формул восстановления параметров «оптической» турбулентности из данных импульсного лидарного зондирования. II. Результаты численного моделирования // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 11. С. 987–993; Vorob’ev V.V. On the applicability of asymptotic formulas of retrieving “optical” turbulence parameters from pulse lidar sounding data: II – Results of numerical simulation // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 2. P. 162–168.
13. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.
14. Гурвич А.С., Кон А.И., Миронов В.Л., Хмелевцов С.С. Лазерное излучение в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1976. 280 с.
15. Разенков И.А. Оптимизация параметров турбулентного лидара // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 1. С. 70–81; Razenkov I.A. Optimization of parameters of a turbulent lidar // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 3. P. 349–360.
16. Разенков И.А. Экспериментальная оценка пика увеличения обратного рассеяния // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 11. С. 874–879; Razenkov I.A. Experimental estimation of the backscatter enhancement peak // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 2. P. 111–116.
17. Razenkov I.A., Banakh V.A., Gorgeev E.V. Lidar “BSE-4” for the atmospheric turbulence measurements // Proc. SPIE. 10833. DOI: 10.1117/12.2505183.
18. Разенков И.А. Оценка интенсивности турбулентности из лидарных данных // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 1. С. 32–40; Razenkov I.A. Estimation of the turbulence intensity from lidar data // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 3. P. 245–253.
19. Разенков И.А. Специфика зондирования пограничного слоя атмосферы турбулентным лидаром // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 8. С. 643–648; Razenkov I.A. Specifics of sounding the atmospheric boundary layer with a turbulent lidar // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 6. P. 610–615.
20. URL: http://mtp5.ru/pdf/mtp5h.compressed.pdf.
21. Гладких В.А., Мамышев В.П., Одинцов С.Л. Экспериментальные оценки структурной характеристики показателя преломления оптических волн в приземном слое атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 4. С. 309–318; Gladkikh V.A., Mamyshev V.P., Odintsov S.L. Experimental estimates of the structure parameter of the refractive index for optical waves in the surface air layer // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 5. P. 426–435.
22. Шакина Н.П. Гидродинамическая неустойчивость в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 308 с.