Моделирование лидарных измерений концентрации молекул галоидоводородов в атмосфере методом комбинационного рассеяния света

  • Вадим Евгеньевич Привалов Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, ул. Политехническая, 29, 195251, г. Санкт-Петербург, Россия
  • Валерий Геннадьевич Шеманин Филиал Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова в г. Новороссийске, ул. Мысхакское шоссе, 75, 353919, г. Новороссийск, Россия; Новороссийский политехнический институт (филиал) Кубанского государственного технологического университета, ул. Карла Маркса, 20, 353900, г. Новороссийск, Россия
  • Владимир Викторович Дьяченко Новороссийский политехнический институт (филиал) Кубанского государственного технологического университета, ул. Карла Маркса, 20, 353900, г. Новороссийск, Россия

Аннотация

Выполнено компьютерное моделирование лидара комбинационного рассеяния света для дистанционного измерения содержания молекул галоидоводородов на уровне предельно допустимой концентрации и выше, и определены оптимальные параметры такого лидара. С использованием предложенного ранее варианта лидарного уравнения для комбинационного рассеяния света оценена возможность лидарных измерений концентрации исследуемых молекул на заданном уровне в атмосферном пограничном слое при горизонтальном зондировании на расстоянии до 1500 м в режиме синхронного счета фотонов. В этом уравнении учтены конечная ширина лазерной линии и аппаратная функция лидара комбинационного рассеяния света при зондировании молекул галоидоводородов в атмосферном пограничном слое, а также спектральная зависимость дифференциальных сечений полос колебательного комбинационного рассеяния света данными молекулами, коэффициентов ослабления лазерного излучения в атмосфере и спектральная чувствительность фотоприемника. Установлено, что предложенный лидар комбинационного рассеяния света позволяет измерить содержание молекул галоидоводородов на уровне предельно допустимой концентрации на расстоянии до 89 м (для бромоводорода), 277 м (для фтороводорода) и почти 1486 м (для хлороводорода).

Биографии авторов

Вадим Евгеньевич Привалов, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, ул. Политехническая, 29, 195251, г. Санкт-Петербург, Россия

доктор физико-математических наук, профессор; профессор кафедры физики Физико-механического института

Валерий Геннадьевич Шеманин, Филиал Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова в г. Новороссийске, ул. Мысхакское шоссе, 75, 353919, г. Новороссийск, Россия; Новороссийский политехнический институт (филиал) Кубанского государственного технологического университета, ул. Карла Маркса, 20, 353900, г. Новороссийск, Россия

доктор физико-математических наук; профессор кафедры технических дисциплин Филиала Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова в г. Новороссийске, главный научный сотрудник кафедры инженерных дисциплин и управления Новороссийского политехнического института (филиал) Кубанского государственного технологического университета

Владимир Викторович Дьяченко, Новороссийский политехнический институт (филиал) Кубанского государственного технологического университета, ул. Карла Маркса, 20, 353900, г. Новороссийск, Россия

доктор географических наук; профессор кафедры инженерных дисциплин и управления

Литература

  1. Privalov VE, Fotiadi AEh, Shemanin VG. Lazery i ehkologicheskii monitoring atmosfery [Lasers and environmental monitoring of the atmosphere]. Saint Petersburg: Lan’; 2013. 287 p. (Uchebniki dlya vuzov. Spetsial’naya literatura). Russian.
  2. Dyachenko VV, Privalov VE, Shemanin VG. Computer simulation of the Raman lidar equation for the carbon cycle molecules in the atmosphere. Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2022;31(1):36–45. DOI: 10.3103/S1060992X22010040.
  3. Privalov VE, Shemanin VG. Lidar probing of Raman scattering by hydrofluoride molecules in an atmospheric boundary layer. Journal of Applied Spectroscopy. 2021;88(4):802–806. DOI: 10.1007/s10812-021-01243-y.
  4. Samokhvalov IB, Kopytin YuD, Ippolitov II, Balin YuS, Zuev VV, Klimkin VM, et al. Lazernoe zondirovanie troposfery i podstilayushchei poverkhnosti [Laser sensing of the troposphere and the underlying surface]. Zuev VE, editor. Novosibirsk: Nauka; 1987. 262 p. Russian.
  5. Zuev VE, Zuev VV. Distantsionnoe opticheskoe zondirovanie atmosfery [Remote optical sensing of the atmosphere]. Saint Petersburg: Gidrometeoizdat; 1992. 232 p. (Sovremennye problemy atmosfernoi optiki; volume 8). Russian.
  6. Privalov VE, Shemanin VG. [Lidar equation taking into account the finite width of the laser generation line]. Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Seriya fizicheskaya. 2015;79(2):170–180. Russian. DOI: 10.7868/S0367676515020209.
  7. Privalov VE, Shemanin VG. [Taking the line width of the laser radiation into account in the lidar equation for Raman scattering of light]. Opticheskii zhurnal. 2015;82(9):11–15. Russian.
  8. Boreisho AS, editor. Lazery: primeneniya i prilozheniya [Lasers: use and applications]. Saint Petersburg: Lan’; 2016. 520 p. (Uchebniki dlya vuzov. Spetsial’naya literatura). Russian.
  9. Measures RM. Laser remote sensing: fundamentals and applications. New York: John Wiley & Sons; 1984. XII, 510 p. Russian edition: Measures R. Lazernoe distantsionnoe zondirovanie. Gorodetskii IG, Filyushkin VV, translators; Karasev AB, editor. Moscow: Mir; 1987. 550 p.
  10. Glazov GN. Statisticheskie voprosy lidarnogo zondirovaniya atmosfery [Statistical issues of lidar sensing of the atmosphere]. Lopasov VP, editor. Novosibirsk: Nauka; 1987. 311 p. Russian.
  11. Privalov VE, Shemanin VG. Parametry lidarov dlya distantsionnogo zondirovaniya gazovykh molekul i aehrozolya v atmosphere [Lidar parameters for remote sensing of gas molecules and aerosol in the atmosphere]. Saint Petersburg: Baltic State Technical University «Voenmeh» named after D. F. Ustinov; 2001. 56 p. Russian.
  12. Prokhorov AM, editor. Spravochnik po lazeram. Tom 1 [Lasers handbook. Volume 1]. Moscow: Sovetskoe radio; 1978. 504 p. Russian.
  13. Donchenko VA, Kabanov MV, Kaul’ BV, Samokhvalov IV. Atmosfernaya ehlektrooptika [Atmospheric electro-optics]. Tomsk: Izdatel’stvo nauchno-tekhnicheskoi literatury; 2010. 220 p. Russian.
  14. Hinkley ED, editor. Laser monitoring of the atmosphere. Berlin: Springer-Verlag; 1976. XV, 382 p. (Topics in applied physics; volume 14). DOI: 10.1007/3-540-07743-X. Russian edition: Hinkley ED, editor. Lazernyi kontrol’ atmosfery. Moscow: Mir; 1979. 416 p.
  15. Privalov VE, Shemanin VG. Raman lidar system for the hydrogen molecules remote sensing in atmosphere. Optics and Spectroscopy. 2022;130(3):331–335. DOI: 10.21883/EOS.2022.03.53558.2707-21.
Опубликован
2024-01-22
Ключевые слова: лидар комбинационного рассеяния света, лазерное излучение, молекулы галоидоводородов, расстояние зондирования, время измерения
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке грантов Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 19-42-230004 и 19-45-230009).
Как цитировать
Привалов, В. Е., Шеманин, В. Г., & Дьяченко, В. В. (2024). Моделирование лидарных измерений концентрации молекул галоидоводородов в атмосфере методом комбинационного рассеяния света. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 16-25. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/6040
Выпуск
№ 1 (2024): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Оптика и спектроскопия

Copyright (c) 2024 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).