ВВЕДЕНИЕ 4
1 СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЛАКОВ 5
ВЕРХНЕГО ЯРУСА
1.1 Атмосфера Земли (состав и характеристики) 5
1.2 Перистые облака 6
1.2.1 Микрофизические характеристики 6
1.2.2 Оптические характеристики 10
1.3 Конденсационный след самолета 17
1.4 Существующие методы исследования атмосферы (ОВЯ) 19
2 ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ МЕТОДА ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО 21
ЛАЗЕРНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
2.1 Взаимодействие лазерного излучения с атмосферой 21
2.2 Вектор - параметр Стокса 24
2.3 Матрица обратного рассеяния света 29
2.4 Уравнение лазерного зондирования в векторной форме 32
3 ВЫСОТНЫЙ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ ЛИДАР НИ ТГУ 34
3.1 Описание 34
3.2 Методика измерения МОРС облаков верхнего яруса 35
3.3 Полученные результаты и их обработка 36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 39
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 40
С развитием авиации возросло влияние деятельности человека на земную атмосферу. Увеличилось количество грузовых и пассажирских перевозок, а значит выросло число перелетов, что в свою очередь приводит к повышению выбросов отработанного топлива в атмосферу. Изменение состава атмосферы за счет выбросов способствует изменению теплового баланса Земли. Так же изменяется количество Солнечной радиации достигающей земной поверхности в следствии её (радиации) отражения от частиц, образующихся в атмосфере. Помимо этого, повышается вероятность возникновения парникового эффекта, так как энергия, исходящая с поверхности Земли, возвращается обратно из-за отражения от кристалликов льда из которых состоят облака верхнего яруса. Соответственно, влияние деятельности человека на Земную атмосферу, приводит к изменению климата. Но, на текущий момент облака верхнего яруса, к которым относятся и конденсационные следы, мало изучены. Таким образом, изучение состава, ориентации частиц и свойств облаков верхнего яруса является актуальной задачей.
В соответствие с заданием на бакалаврскую работу были рассмотрены следующие
вопросы.
1. Описаны явления взаимодействия лазерного излучения с частицами сферической
и несферической формы в атмосфере. Представлены методы описания излучения до и
после взаимодействия с атмосферой и содержащимися в ней частицами.
2. Проведен анализ имеющейся литературы по перистым облакам. Приведены
морфологические особенности ОВЯ и такие характеристики, как: высоты образования,
толщина облачного слоя, фазовый состав облаков, частота повторяемости, температуры
верхней и нижней границ облака, формы частиц в облаках и их повторяемость при
определенных температурах. Также рассмотрены оптические характеристики перистых
облаков, такие как: показатель ослабления, индикатриса рассеяния и деполяризация
рассеянного назад излучения.
3. Дано общее описание конденсационного следа самолета, а также причины,
приводящие к его появлению. Рассмотрены основные формы частиц, содержащихся в
конденсационных следах. Проиллюстрирована плотность полетов самолетов над Европой
и возможное влияние конденсационных следов от них на пропускание солнечной
радиации.
4. Рассмотрены методы зондирования ОВЯ. Главное внимание уделено методу
поляризационного лазерного зондирования. Представлено уравнение лазерного
зондирования в векторной форме, как математический аппарат описания метода. Описан
высотный поляризационный лидар НИ ТГУ, применяемый для реализации метода
поляризационного лазерного зондирования и методика определения матрицы обратного
рассеяния света.
5. Описаны результаты эксперимента по зондированию ОВЯ. При обработке
экспериментальных данных было выяснено, что облако находилось на высоте 8,1 км.
Вертикальная протяженность слоя – 4,5 км. По измеренным интенсивностям рассеянного
назад излучения, построена матрица обратного рассеяния света. Элемент матрицы m44
близок к нулю, что соответствует практически полному отсутствию ориентации
кристалликов льда большими диаметрами в горизонтальное положение. За период с
середины мая по середину июня следов самолетов зарегистрировано не было. Связано это
с тем, что отсутствовали благоприятные погодные условия. Именно поэтому, для
наглядности приведены данные, полученные при зондировании облака.
