Том 37, номер 07, статья № 9

Аннотация:

Представлены результаты дистанционного зондирования дымового шлейфа над модельным очагом природного пожара с использованием специализированного лидара, принцип работы которого основан на эффекте увеличения обратного рассеяния, регистрирующего оптическую турбулентность. Расстояние до очага горения составляло 1600 м, площадь модельного пожара варьировалась: 1, 9 и 25 м². Установлено, что во время горения лидар фиксировал повышение эхосигнала в основном приемном канале, регистрирующем аэрозольное рассеяние и турбулентную компоненту, относительно эхосигнала в дополнительном приемном канале, регистрирующем только аэрозоль. Ширина дымового шлейфа не превышала 20 м, повышение основного эхосигнала наблюдалось сразу за шлейфом в интервале расстояний от 0 до 600 м. В данном эксперименте шлейф теплого дыма действовал как фазовый экран, который изменял когерентную структуру лазерного пучка. После завершения интенсивного горения температура внутри шлейфа быстро понижалась и лидар фиксировал только содержание аэрозоля. Появление аэрозольной и турбулентной составляющей в эхосигнале, отражающих повышение концентрации аэрозоля и интенсивности турбулентности, однозначно указывает на очаг горения. Проведено сравнение лидарной оценки значений структурной характеристики показателя преломления C_n² на высоте 10 м над очагом горения с данными ультразвуковой метеостанции АМК-03 на высоте 3 м и результатами моделирования низового природного пожара, опубликованными ранее. Применение турбулентного лидара является перспективным способом обнаружения малых очагов горения, в том числе бездымного или с низким выбросом конденсированных продуктов горения.

Ключевые слова:

природный пожар, горение, лидар, турбулентность, аэрозоль

Список литературы:

1. Мазурин Н.Ф., Кулижникова Л.К. Сравнение приборов для измерения характеристик атмосферной турбулентности // Метеорол. и гидрол. 2008. № 11. С. 90–96.
2. Торгаев А.В., Казаков Д.В., Лукин В.П. Измерения параметров атмосферы на протяженной трассе. I. Акустические измерения уровня турбулентности и средней скорости ветра // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 5. С. 371–376. DOI: 10.15372/AOO20230506.
3. Гладких В.А., Одинцов С.Л. Турбулентный поток тепла в приземном слое атмосферы и его влияние на внешний масштаб турбулентности // Изв. вузов. Физика. 2017. Т. 60, № 6. С. 128–134.
4. Борзилов А.Г., Коняев П.А., Лукин В.П., Соин Е.Л. Измерения параметров атмосферы на протяженной трассе. II. Оптические измерения уровня турбулентности // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 7. С. 557–562. DOI: 10.15372/AOO20230704.
5. Вильданов Р.Р., Эшонкулов Г.Б. Измерение оптических характеристик атмосферы лазерной гетеродинной системой // Журн. прикл спектроскоп. 2008. Т. 75, № 6. С. 906–908.
6. Лукин В.П., Лукин И.П. Обзор современных технологий измерения, прогнозирования и коррекции турбулентных искажений в оптических волнах // Компьютерная оптика. 2024. Т. 48, № 1. С. 68–80. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1355.
7. Гурвич А.С. Лидарное зондирование турбулентности на основе эффекта усиления обратного рассеяния // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2012. Т. 48, № 6. С. 655.
8. Куценогий К.П., Самсонов Ю.Н., Чуркина Т.В., Иванов А.В., Иванов В.А. Содержание микроэлементов в аэрозольной эмиссии при пожарах в бореальных лесах центральной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16, № 5–6. С. 461–465.
9. Гришин А.М., Алексеев Н.А., Брабандер О.П., Зальмеж В.Ф. Распространение в приземном слое атмосферы термиков, возникающих при лесных пожарах // Теплофизика лесных пожаров. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1984. С. 76–85.
10. Гришин А.М., Катаева Л.Ю., Алексеенко Е.М. Исследование влияния окружающей среды и слоя инверсии на параметры движения односкоростного, однотемпературного и однофазного термика // Сопряженные задачи механики и экологии: избранные докл. междунар. конф. 2000. С. 174–190.
11. Loboda E., Kasymov D., Agafontsev M., Reyno V., Lutsenko A., Staroseltseva A., Perminov V., Martynov P., Loboda Yu., Orlov K. Crown fire modeling and its effect on atmospheric characteristics // Atmosphere. 2022. V. 13, N 12. P. 1982. DOI: 10.3390/atmos13121982.
12. 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.
13 Кравцов Ю.А., Саичев А.И. Эффекты двукратного прохождения волн в случайно неоднородных средах // Успехи физических наук. 1982. Т. 137, вып. 3. С. 501–527.
14. Гурвич А.С. Лидарное зондирование турбулентности на основе усиления обратного рассеяния // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2012. Т. 48, № 6. С. 655–665.
15. Устройство для регистрации усиления обратного рассеяния в атмосфере: Пат. на полезную модель № 153460. Россия. Разенков И.А., Банах В.А., Надеев А.И.; Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 24 июня 2015 г.
16. Разенков И.А., Надеев А.И., Зайцев Н.Г., Гордеев Е.В. Ультрафиолетовый турбулентный лидар УОР-5 // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 4. С. 289–297. DOI: 10.15372/AOO20200407; Razenkov I.A., Nadeev A.I., Zaitsev N.G., Gordeev E.V. Turbulent UV Lidar BSE-5 // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 4. P. 406–414.
17. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.
18. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. Т. 2. М.: Мир, 1981. 318 с.
19. Лобода Е.Л., Касымов Д.П., Агафонцев М.В., Рейно В.В., Гордеев Е.В., Тарканова В.А., Мартынов П.С., Орлов К.Е., Савин К.В., Дутов А.И., Лобода Ю.А. Влияние малых природных пожаров на характеристики атмосферы вблизи очага горения // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 10. С. 818–823. DOI: 10.15372/AOO20201011.