ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ 6
1.1 Атмосфера 6
1.2 Химический состав 6
1.3 Парниковые газы 8
1.3.1 Водяной пар 8
1.3.2 Углекислый газ 8
1.3.3 Метан 10
1.3.4 Озон 11
1.4 Структура атмосферы 11
ГЛАВА 2. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ 14
2.1 Виды загрязнения 14
2.2 Аэрозоли в атмосфере 15
2.3 Время пребывания в атмосфере 17
2.4 Воздействие на организм человека 20
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ С ПОМОЩЬЮ ЛАЗЕРОВ И
ЛАЗЕРНЫХ УСТАНОВОК 21
3.1 Физические явления, используемые для лазерного зондирования
атмосферы 21
3.1.1 Молекулярное поглощение 22
3.1.2 Флуоресценция 25
3.1.3 Молекулярное рассеяние света 28
3.1.4 Рассеяние и поглощение аэрозолями 29
3.1.5 Комбинационное рассеяние 30
3.2 Лазерное излучение в атмосфере 31
ГЛАВА 4. АППАРАТУРА ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ 33
4.1 Газовые лидары 35
4.1.1 Г елий-неоновый лазер 37
4.1 Жидкостные лазеры на красителях 38
4.2 Полупроводниковые лазеры 39
4.3 Передающая и приемная оптика 40
4.4 Приемники излучения 41
ГЛАВА 5. СОВРЕМЕННЫЕ ЛИДАРЫ 46
ГЛАВА 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОСЛАБЛЕНИЯ СЛАБОГО
СИГНАЛА 56
4.1 Обработка эхо-сигналов без итерационного процесса 56
ГЛАВА 7. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
ВЫВОД 61
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 62
Человечество уже вряд ли может представить свою жизнь без фабрик, заводов, автомобилей, значительно улучшающих качество жизни человека. Однако также трудно не согласиться с тем, что выбросы предприятий и выхлопные газы автомобилей имеют влияние на состояние всей биосферы, в том числе и атмосферы.
Помимо антропогенных источников загрязнения вклад в загрязнение вносят лесные пожары и аэрозоли, возникающие в приземном слое атмосферы.
Для того, чтобы понимать влияние загрязнения на атмосферу, необходимо уметь определять концентрации загрязняющих веществ - при внесении чужеродных элементов, изменяется естественное соотношение газов.
В наши дни для определения концентрации загрязняющих веществ чаще используют контактные методы измерений. Слабой стороной таких методов считается то, что они дают возможность лишь определять локальные значения концентрации. Для решения задачи по определению пространственного распределения атмосферного аэрозоля, газовых компонентов атмосферы в нашей стране и за рубежом интенсивно развиваются методы дистанционного лазерного (лидарного) зондирования среды.
Лидарная информация об окружающей природной среде важна для решения задачи экологического мониторинга, однако разработка методов лидарного зондирования атмосферы предполагает решение обширной научной проблемы.
В данной работе рассматривается состав атмосферы, этот состав измеряется с помощью неконтактных методов. Для использования этих методов используются лидарные системы, различные схемы лидарных систем также рассматриваются в данной работе.
Актуальность работы обусловлена тем, что процессы атмосферы и все её составляющие очень важны для изучения и последующего прогнозирования динамики разных направлений. Качественный мониторинг окружающего нас мира очень важен для высокого качества жизни человека. Поэтому точно обработанные данные позволяют определить качественный состав атмосферы, от газов до разного рода загрязнителей. Для того, чтобы у нас была такая информация, нам нужны не только высококлассные установки, но и методы, которые улучшат обработку экспериментальных данных.
Цель работы: Цель данной работы заключается в разработке более простого, с повышением точности обработки большого количества экспериментальных данных, метода.
Задача: сравнить общепринятый метод обработки экспериментальных данных с более простым методом, который разрабатывался в данной работе.
В результате исследования были проанализированы два метода обработки результатов измерений. Получено, что общепринятый метод характеризуется достаточно большой погрешностью на близких расстояниях к приемнику, но на дальних расстояниях погрешность маленькая. Однако на больших расстояниях в слабо замутненной атмосфере эхо-сигнал очень мал. Его значение сопоставимо с фоновой засветкой, что приводит к некорректности задачи.
Предлагаемый метод дает результаты с достаточно высокой точностью и малой погрешностью на близких расстояниях от лидарной системы, что дает возможность получения быстрого и оперативного результата.
