Атмосферный лидар - Википедия - Atmospheric lidar

Для более широкого освещения этой темы см. Лидар.

Атмосферный лидар это класс инструментов, которые используют лазерный свет для изучения свойств атмосферы от земли до верха атмосфера. Такие инструменты использовались, среди прочего, для изучения атмосферных газов, аэрозолей, облаков и температуры.

История

Основные понятия для изучения атмосфера с помощью свет были разработаны до Вторая Мировая Война.[1] В 1930 году Э. Synge предложил изучить плотность верхней атмосферы с помощью прожектор луч .[2] В последующие годы лучи прожекторов использовались для изучения облако высота с использованием как сканирующего, так и импульсного света.[3] Передовые методы изучения свойств облаков с использованием рассеянного света с различными длины волн также были предложены.[4] В первых экспериментах в тропосфере наблюдались картины рассеяния света, несовместимые с чистой молекулярной атмосферой. Эта несовместимость объяснялась взвешенными частицами дымки.[5]Подобные приемы были разработаны и в СССР.[6][7] Техника луча прожектора продолжала улучшаться после окончания войны, с появлением более точных приборов и новых атмосферных параметров, таких как температура [8] В то же время импульсный свет использовался для построения дальномер для измерения расстояния до объектов, но осталась только экспериментальная разработка.[9]

В 1960 г. Т. Майман продемонстрировал первый функционал лазер в Исследовательские лаборатории Хьюза. Демонстрация стала поворотным моментом для разработки лидаров. Вскоре после этого инженеры Hughes Aircraft Company разработал лазерный дальномер с использованием рубиновый лазер свет.[9][10]Новое устройство, названное колидаром (когерентное обнаружение света и определение дальности), получило широкую известность.[11].[12] В 1962 г. Л. Смуллин и Г. Фиокко использовали рубиновый лазер для обнаружения эхо-сигналов от Луна.[13] Во время своих экспериментов они наблюдали свет, рассеянный в верхних слоях атмосферы, который они приписали частицам пыли.[14] Вскоре несколько исследовательских групп сконструировали аналогичные устройства для наблюдения за атмосферой. К 1969 г. «более 20 лазеров использовались метеорологами в Соединенных Штатах, по крайней мере, на полурегулярной основе» для различных приложений, включая измерения аэрозолей, невидимые циррус и серебристые облака наблюдения и видимость измерение[15]

Дизайн

Рисунок 1. Схема конфигурации лидара.

Упрощенное представление установки лидара показано на рисунке 1. Передающий блок состоит из лазерного источника, за которым следует серия зеркал, и расширитель луча который отправляет коллимированный свет луч вертикально вверх до открытой атмосферы. Часть прошедшего излучения рассеивается компонентами атмосферы (то есть газами, молекулами, аэрозолями, облаками) назад к лидару, где оно собирается телескоп. Обратно рассеянный свет направляется в оптический анализатор, где оптический сигнал сначала спектрально разделяется, усиливается и преобразуется в электрический сигнал. Наконец, сигнал оцифровывается и сохраняется в компьютерном блоке.

Приложения

Облака

Доказано, что лидары полезны для классификации типов облаков (например, кучевые и перистые облака). Границы облаков можно определить с помощью наземного лидара, работающего в видимом и / или ближнем инфракрасном диапазоне. Высоту основания облака можно определить по разнице во времени между коэффициентом пропускания лазерного импульса в небо и обнаружением обратно рассеянного света телескопом. Лазерный луч всегда ослабляется, когда он проходит сквозь облака. Однако при использовании мощного лазера (например, Nd: YAG-лазера с высокой энергией в импульсе) вершины облаков также могут быть извлечены. Еще один физический параметр, который можно получить, - это фаза облака. Используя линейно поляризованный лазерный луч, коэффициент линейной деполяризации частиц (δ) можно определить как отношение измеренной интенсивности перпендикулярного обратного рассеяния к интенсивности параллельного обратного рассеяния относительно оси поляризации передатчика:

Когда этот параметр равен нулю (сигнал обратного рассеяния имеет линейную поляризацию), облако содержит жидкие сферические капли. Однако, когда облако содержит кристаллы льда, обратно рассеянный свет достигает приемного устройства с кроссполяризованной составляющей, и δ имеет более высокое значение (0 <δ <1). Капли жидкости имеют тенденцию вести себя как симметричные рассеивающие элементы, а кристаллы льда - асимметричны.[16]

Использование отношения поляризации обычно включает неявное предположение, что частицы в объеме ориентированы случайным образом. Поляризационные свойства ориентированных частиц не могут быть должным образом представлены коэффициентом деполяризации. Кристаллы льда, как известно, ориентируются горизонтально, когда они достаточно большие, чтобы силы сопротивления преодолевали хаотические эффекты броуновского движения. Дождь также обычно ориентирован, где силы сопротивления сглаживают капли по направлению падения. В таких случаях измеренная степень деполяризации может зависеть от конкретного состояния поляризации, используемого лидарной системой. Некоторые системы поляризационного лидара могут измерять всю фазовую матрицу обратного рассеяния, тем самым избегая неоднозначности отношения деполяризации при наличии ориентированных частиц.[17][18]

Частицы аэрозоля

Одна из самых больших неопределенностей в отношении изменения климата - важность прямых и косвенных эффектов аэрозолей. Неопределенности были подчеркнуты в 4-м докладе об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК). Большое разнообразие оптических свойств аэрозолей, включая их источники и метеорологические процессы, которым они подвергаются, требует измерений с вертикальным разрешением, которые могут быть выполнены только с помощью обычных лидарных наблюдений. Сети лидаров аэрозолей, такие как Европейская лидарная сеть для исследований аэрозолей (EARLINET) [19] были созданы для последовательного исследования свойств аэрозолей, а также явлений переноса и модификации в региональном и континентальном масштабе. По состоянию на 2015 год EARLINET состоит из 27 лидарных станций, на которых размещено более 44000 профилей. Лидары упругого обратного рассеяния (EBL) широко используются для исследования облаков и аэрозольных слоев с 1960-х годов.[20] EBL обнаруживают полный обратно рассеянный сигнал (вклад частиц и молекул). Профили коэффициента экстинкции должны быть оценены с использованием молекулярного сигнала и предположения об условно «постоянном» (грубо говоря) отношении аэрозольного экстинкции к обратному рассеянию, называемого лидарным отношением. Основное уравнение, известное как уравнение лидара:

 

 

 

 

(1)

куда P (r) мощность отраженного излучения, принимаемого лидарным телескопом на расстоянии р, E передается энергия лазерного импульса, L - постоянная лидара, суммирующая его оптические характеристики и характеристики обнаружения, Или же) - функция перекрытия,[21] и и - коэффициент аэрозольного / молекулярного обратного рассеяния и экстинкции соответственно. Молекулярное обратное рассеяние и поглощение могут быть получены из метеорологических данных, поэтому единственными неизвестными в уравнении лидара являются и . Однако лидарное соотношение как свойство интенсивного аэрозоля сильно зависит от размера, морфологии и химического состава частиц и сильно варьируется по высоте, что часто ставит под угрозу достоверность профиля исчезновения. Процесс расчета профилей коэффициента обратного рассеяния и ослабления на основе результатов EBL широко известен как метод Клетта. [22] и был первоначально оформлен Хитчфельдом и Борданом в 1954 году.[23] Вышеупомянутый недостаток при оценке профилей экстинкции преодолевается лидаром рамановского (неупругого) обратного рассеяния и лидаром высокого спектрального разрешения (HSRL). Рамановский лидар работает путем дополнительного измерения неупругого обратного рассеяния молекулами азота и / или кислорода.[24] HSRL использует подход обработки, но получает дополнительную меру только молекулярного обратного рассеяния на передаваемой длине волны, блокируя спектрально узкие отражения аэрозоля и проходя спектрально широкие молекулярные отражения.[25][26] Эти методы обеспечивают прямой расчет коэффициента экстинкции, устраняя необходимость в предположении о лидарном соотношении, поскольку любые дополнительные термины (например, коэффициент молекулярного поглощения) обрабатываются метеорологическими (например, радиозондированием) и данными стандартной атмосферы. После некоторых математических манипуляций с уравнением лидара уравнение, связанное с поглощением, выглядит следующим образом:[21]

 

 

 

 

(2)

где нижние индексы «inc» и «sca» относятся к падающему лазерному свету и смещенному обратно рассеянному свету соответственно (в HSRL эти термины одинаковы, что еще больше упрощает уравнение, но различие необходимо в случае рамановского лидара), N - числовая плотность молекул азота / кислорода и это Показатель Ангстрема. Недостатком этого метода является наличие производной в полученной формуле коэффициента экстинкции (2), что приводит к потенциальной численной нестабильности, что создает активную область исследований.

Обращение микрофизических свойств аэрозоля.

Выявление микрофизических свойств частиц мотивировано необходимостью более глубокого понимания влияния аэрозолей на климат путем исследования их пространственной и временной изменчивости. Ключевым параметром является распределение количества частиц по размеру. К другим микрофизическим параметрам, связанным с характеристиками аэрозолей, относятся средний (эффективный) радиус, общий объем и концентрация на площади поверхности, комплексная показатель преломления и альбедо однократного рассеяния (воздействие на климат). В то время как знание свойств аэрозоля (прямая задача) и прогнозирование лидарного сигнала представляет собой несложный расчет, обратный процесс математически некорректен (т. Е. Неуникальное и неполное пространство решений), демонстрируя сильную чувствительность к входным неопределенностям. могут быть получены из измерений с использованием многоволновых систем лидара упругого комбинационного рассеяния света. Параметры используются в качестве входных данных для алгоритмов инверсии. Вымирание () и обратное рассеяние () коэффициенты, измеренные многоволновым ( ) лидар связан с распределением чисел по размерам с помощью интегрального уравнения Фредгольма первого рода:

 

 

 

 

(3)

где r - радиус частицы, m - комплексный показатель преломления и? являются функциями ядра, которые суммируют размер, форму и состав частиц. Нелинейная зависимость от показателя преломления обычно решается с помощью сетки жизнеспособных вариантов. Пространство решений построено и дополнительно ограничено физическими и / или математическими ограничениями и границами размера частиц. также предопределены. Модель Eq. (1) дополнительно предполагает коэффициент преломления, не зависящий от длины волны. Длина волны ограничена несколькими дискретными значениями в зависимости от текущей технологии и доступности лидарной системы. Минимальная настройка оптических данных состоит из 5 значений, где нм, .Eq. (1) должен быть дискретизирован, поскольку не может быть решен аналитически. Теория обратных некорректно поставленных задач демонстрирует, что потенциальные зашумленные компоненты в данных лидара вызовут взрыв решения, независимо от величины уровня ошибки.[27] Регуляризация методы используются для противодействия нестабильности, присущей инверсии. Цель этих методов - отфильтровать зашумленные компоненты решений, сохраняя при этом как можно больше содержимого решения. Идеальный компромисс между шумом и регулярностью выражается так называемыми правилами выбора параметров. Обычно используемые методы регуляризации: Разложение усеченного единственного числа, Тихоновская регуляризация в сочетании с принципом несоответствия, методом L-кривой или Обобщенная перекрестная проверка как правило выбора параметра.[28][29][30] В то время как модель Eq. (1) предлагает разумное приближение для почти сферических частиц (например, аэрозолей сжигания биомассы), он больше не обеспечивает жизнеспособное описание для несферического случая. Известно, что форма частиц оказывает существенное влияние на рассеяние в боковом и обратном направлении.[31] Недавние исследования показывают, что приближение сфероидальных частиц может воспроизводить оптические данные намного точнее, чем сферы.[32]

Газы

Лидарные системы могут использоваться для измерения профилей концентрации атмосферных газов (т. Е. водяной пар, озон ) и промышленных выбросов (т. е. ТАК2, НЕТ2, HCl ). Такие измерения выполняются с использованием двух основных типов лидара; Рамановский лидар и лидары дифференциального поглощения (DIAL). В первом типе рамановский лидар обнаруживает рассеяние лазерного луча из-за Рамановское рассеяние. Сдвиг частоты, вызванный таким рассеянием, уникален для каждой молекулы и действует как «сигнатура» для обнаружения ее конкретного вклада. Второй тип, системы DIAL, излучают два луча с двумя разными частотами. Один луч точно настроен на молекулярный линия поглощения а другой луч настраивается на близкую длину волны без молекулярного поглощения. Изучая разницу в интенсивности рассеянного света на двух частотах, системы DIAL могут разделить вклад конкретной молекулы в атмосферу.

Температура

Лидарные системы могут измерять температура воздуха от земли до примерно 120 км с использованием различных методов, каждая из которых адаптирована для определенного диапазона высот.[33] Современные лидарные системы могут сочетать несколько из этих методов в одной системе.[34]

Измерение температуры в нижней части атмосферы обычно выполняется с использованием зависимых от температуры изменений молекулярных свойств рассеяния или поглощения. Вращательные рамановские системы могут использовать зависящий от температуры спектр рассеяния вращательной рамановской полосы лазерного света, рассеянного эталонными газами, такими как азот и кислород.[35] Путем точного измерения только этого рассеянного света с рамановским смещением такие системы могут определять профиль температуры до 40 км в ночное время и до 12 км в дневное время, хотя диапазон является функцией времени измерения с более длительной интеграцией, необходимой для больших высот. Вращающийся рамановский лидар был полезным методом активного удаленного профилирования температуры атмосферы, но для его реализации требовалась внешняя калибровка. Это не является неотъемлемой необходимостью, но было мало успеха в разработке эффективных подходов для прямого измерения необходимых условий калибровки приемника, поэтому вместо этого эти члены обычно корректируются так, чтобы оценка температуры комбинационного рассеяния соответствовала дополнительному измерению температуры (обычно радиозонды ).

Концепция использования лидара дифференциального поглощения (DIAL) для профилирования температуры в нижних слоях атмосферы (от поверхности до 6 км) была предложена на протяжении 1980-х годов. Методика предполагает зондирование температурно-зависимых кислород линия поглощения около 770 нм. Преимущество температурного профилирования DIAL заключается в том, что для него не требуется внешняя калибровка. Однако эффект уширения спектра за счет молекулярных рассеивателей сделал проблему измерения поглощения кислорода лидаром нерешаемой на несколько десятилетий. Только в 2019 году этот метод был успешно продемонстрирован с использованием универсальной архитектуры на основе диодного лазера, которая объединила DIAL для водяного пара, DIAL для кислорода и лидар с высоким спектральным разрешением (HSRL) в единую систему.[36]HSRL непосредственно измеряет относительное соотношение молекулярного и аэрозольного рассеянного света, необходимого для корректировки спектроскопии поглощения кислорода, в то время как DIAL водяного пара обеспечивает корректировку плотности кислорода. Даже с дополнительными измерениями инверсия для получения температуры значительно сложнее, чем традиционные методы DIAL.

Лидары упругого обратного рассеяния используются для получения профилей температуры в верхних слоях атмосферы (от ~ 30 км до ~ 100 км). Без наличия облака или же аэрозоль, обратно рассеянный лазерный свет с этих высот возникает только из-за молекулярного рассеяния. Полученный сигнал пропорционален числовой плотности молекул, которая, в свою очередь, связана с температурой согласно закону идеального газа. Профили температуры на больших высотах, до 120 км, могут быть получены путем измерения уширения спектров поглощения атомов металлов, таких как Na, Ca, K и Fe.

Ветер

Лидары способны восстановить полный вектор ветра на основе оптических Эффект Допплера. Так называемые доплеровские лидары могут улавливать движение молекул и частиц, обнаруживая сдвиг частоты обратно рассеянного света. В частности, если предположить, что излучающее излучение имеет частоту f0= c / λ0, где λ0 - длина волны лазерного луча, для движущейся цели (например, аэрозольной частицы или молекулы) с относительной лучевой скоростью v, отраженный назад свет, обнаруживаемый лидарным приемником, имеет частотный сдвиг, равный Δf = 2v / c . Скорость частицы определяется там, где положительная скорость луча зрения означает, что цель движется к лидару, и приводит к положительному сдвигу частоты.[21] В литературе, касающейся приложений лидара, лучевая скорость всегда называется лучевой скоростью. Величину сдвига можно определить несколькими методами, основными из которых являются методы когерентного и прямого обнаружения. [37]

Когда аэрозоли используются в качестве индикаторов, сила отраженного сигнала зависит от аэрозольной нагрузки в атмосфере, а это, как известно, зависит от географического положения, состояния атмосферы и синоптической ситуации. Рабочая длина волны может быть любой длиной волны, чувствительной к размерам лежащих в основе частиц. Как правило, возврат аэрозоля улучшается при более низких длинах волн в УФ-диапазоне. Тем не менее, лидарный сигнал становится более чувствительным к молекулам воздуха в УФ-диапазоне, а ожидаемое соотношение обратного рассеяния аэрозоля к молекулам становится труднее. Доплеровские лидары обычно направлены в зенит и обеспечивают профили вертикального ветра с вертикальным разрешением. Применяются методы сканирования для определения горизонтальной составляющей ветра.

Несколько таких систем работают с земли для приложений, связанных, например, с аэропорты, ветряные электростанции, изучение турбулентности планетарного пограничного слоя и т. д. ADM-Aeolus спутниковая миссия Европейское космическое агентство, будет первым лидаром ветра, работающим из космоса.

JAXA и Mitsubishi Electric разрабатывают бортовой лидар SafeAvio, чтобы вдвое сократить количество аварий из-за турбулентность при ясном небе 1,9 кВт, 148 кг (325 фунтов). прототип имеет Пространственное разрешение 300 м (980 футов) и 1-30 км (0,5-16 миль) дистанционное зондирование дальность действия снижена до 9 км на высоте 40000 футов. Он будет предупреждать экипажи о необходимости пристегнуть ремни безопасности перед разработкой автоматической контроль отношения Чтобы свести к минимуму тряску. Прототип прошел летные испытания на самолете Boeing 777F EcoDemonstrator в марте 2018 года цели и требования должны быть определены к марту 2019 года, а ТЭО должен быть завершен к марту 2020 года, прежде чем будет принято решение о разработке системы.[38]

Металлические виды в атмосфере

Лидары используют преимущества резонансного рассеяния в верхних слоях атмосферы для обнаружения металлических атомов. В таких системах излучаемый лазерный свет должен быть точно настроен на резонансную частоту исследуемого вещества.[39] Первыми такими измерениями было обнаружение атомных слоев металлического натрия (Na) в мезопаузе.[40] Тот же метод теперь применяется для обнаружения металлического калия (K), лития (Li), кальция (Ca), иона кальция (ион Ca) и железа (Fe). Эти измерения предоставляют важную информацию в малоизученной области атмосферы и помогают расширить знания о концентрации, происхождении и сложной атмосферной динамике на этих высотах.

Применение лидаров к погоде и климату

В планетарный пограничный слой (PBL) - это часть тропосферы, на которую напрямую влияет присутствие земной поверхности, и которая реагирует на поверхностные воздействия с временной шкалой около часа или меньше.[41] Процессы конвективного турбулентного перемешивания преобладают в смешанный слой (ML) PBL и имеют большое влияние на рост и перенос атмосферных загрязнителей. Метеорологические переменные (т.е. температура, влажность, ветер ) в PBL критически важны в качестве исходных данных для надежного моделирования в моделях качества воздуха. Одним из ключевых параметров, определяющих вертикальную протяженность ML, является высота PBL.

С точки зрения наблюдений, высота PBL исторически измерялась с помощью радиозонды [42][43] но в последние годы используются инструменты дистанционного зондирования, такие как лидар.[44][45] Поскольку хорошо известно, что высота PBL сильно варьируется как во времени, так и в пространстве, порядка нескольких метров и нескольких минут, радиозондирование не является оптимальным выбором для наблюдений за высотой PBL. Концепция использования лидара для определения высоты PBL основана на предположении, что существует сильный градиент концентрации аэрозолей в ML по сравнению со свободной атмосферой. Преимуществом использования инструментов дистанционного зондирования перед радиозондами для определения высоты PBL является возможность почти непрерывного мониторинга по сравнению с обычными наблюдениями с помощью радиозондов два раза в день. Непрерывный мониторинг высоты PBL позволит лучше понять глубину конвективных турбулентных процессов в ML, которые являются основными факторами загрязнения воздуха.

Глубина PBL определяется как высота уровня инверсии, отделяющего свободную тропосферу (FT) от пограничного слоя.[41] Обычно в верхней части PBL поток плавучести достигает минимума и больших градиентов потенциальная температура, водяной пар, и аэрозоли наблюдаются. Определение точного положения глубины PBL важно для надежного представления параметров в метеорологических моделях и моделях качества воздуха, поскольку PBL является областью максимальной турбулентности. Хорошо известно, что процессы конвективного перемешивания преобладают в PBL, что в результате влияет на структура и состав аэрозолей. Знание вертикальной протяженности конвективного перемешивания позволит более точно описать атмосферу в пограничном слое. В последние годы инструменты дистанционного зондирования, такие как лидар, использовались для определения и наблюдения высоты PBL. Преимущество использования лидара заключается в его временном и вертикальном пространственном покрытии с высоким разрешением, которым можно управлять непрерывно и почти автоматически. Таким образом, может быть записана мгновенная высота PBL, что позволяет проводить более глубокий анализ, например, суточную эволюцию и долгосрочные климатические исследования.

Несколько методов были применены для определения высоты PBL по лидарным наблюдениям. Это как объективные, так и субъективные методы. Объективные методы состоят из различных форм производных методов,[44] методы вейвлет-анализа,[46] метод дисперсии,[47] и идеальный способ подгонки профиля.[48] Методы визуального контроля [49] редко используются в качестве субъективного подхода, но это не лучший подход.

Облакомеры - это наземные лидары, оптимизированные для измерения облачности на траектории сближения самолетов, их также можно использовать для исследований PBL.

Рекомендации

  1. ^ Вандингер, Улла (2005). «Введение в лидар». В Клаусе Вайткампе (ред.). Лидар. Серия Спрингера в оптических науках. 102. Springer Нью-Йорк. С. 1–18. Дои:10.1007/0-387-25101-4_1. ISBN  978-0-387-40075-4.
  2. ^ Synge, Э. Х. (1930). «Метод исследования верхних слоев атмосферы». Философский журнал. Серия 7. 9 (60): 1014–1020. Дои:10.1080/14786443008565070. ISSN  1941-5982.
  3. ^ Р. Бюро: La Météorologie 3, 292 (1946)
  4. ^ Нойфельд, Джейкоб (1949-09-06), Аппарат для определения световых характеристик облаков по отражению, получено 2015-02-16
  5. ^ Хулбурт, Э. О. (1937-11-01). «Наблюдения прожекторного луча до высоты 28 километров». Журнал Оптического общества Америки. 27 (11): 377–382. Bibcode:1937JOSA ... 27..377H. Дои:10.1364 / JOSA.27.000377.
  6. ^ Вождение, А. Дж .; Миронов, А. В .; Морозов, В. М .; Хвостиков И.А. (1949-05-05). ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРИРОДНЫХ ТУМАНОВ.
  7. ^ Эльтерман, Л. (1966-11-01). «Измерения аэрозолей в тропосфере и стратосфере». Прикладная оптика. 5 (11): 1769–1776. Bibcode:1966ApOpt ... 5.1769E. Дои:10.1364 / AO.5.001769. HDL:2027 / mdp.39015095128057. PMID  20057624.
  8. ^ Элтерман, Луи; Кэмпбелл, Аллан Б. (1964-07-01). «Наблюдения за атмосферным аэрозолем прожектором». Журнал атмосферных наук. 21 (4): 457–458. Bibcode:1964JAtS ... 21..457E. Дои:10.1175 / 1520-0469 (1964) 021 <0457: AAOWSP> 2.0.CO; 2. HDL:2027 / mdp.39015095120823. ISSN  0022-4928.
  9. ^ а б "Устная стенограмма истории - д-р Эрик Вудбери". Получено 2015-04-20.
  10. ^ Woodbury, E. J .; Congleton, R. S .; Morse, J. H .; Стич, М. Л. (1961). «Устройство и работа экспериментального Колидара». Конвенция IRE WESCON, август. 24.
  11. ^ Популярная наука. Bonnier Corporation. 1961. с.68. колидар.
  12. ^ Популярная механика. Журналы Hearst. 1963 г.
  13. ^ Смуллин, Л. Д .; Фиокко, Г. (1962). «Оптическое эхо Луны». Природа. 194 (4835): 1267–. Bibcode:1962Натура.194.1267S. Дои:10.1038 / 1941267a0. ISSN  0028-0836. S2CID  4145783.
  14. ^ Fiocco, G .; Смуллин, Л. Д. (1963-09-28). «Обнаружение рассеивающих слоев в верхних слоях атмосферы (60–140 км) с помощью оптического радара». Природа. 199 (4900): 1275–1276. Bibcode:1963Натура.199.1275F. Дои:10.1038 / 1991275a0. S2CID  4211211.
  15. ^ Флетчер, Роберт Д. (1969). Метеорологические ресурсы и возможности в 70-е годы (PDF).
  16. ^ Шотландия, Р. М., К. Сассен, Р. Стоун, "Наблюдения с помощью лидара линейных деполяризаций гидрометеоров", J. Appl. Метеорология, 10, 1011--1017, 1971
  17. ^ Kaul, B.V .; Самохвалов, И. В .; Волков, С. Н. (2004). «Исследование ориентации частиц в перистых облаках путем измерения фазовых матриц обратного рассеяния с помощью лидара». Appl. Opt. 43 (36): 6620–6628. Bibcode:2004ApOpt..43.6620K. Дои:10.1364 / AO.43.006620. PMID  15646781.
  18. ^ Hayman, M .; Spuler, S .; Морли, Б. (2014). «Поляризационные лидарные наблюдения фазовых матриц обратного рассеяния от ориентированных кристаллов льда и дождя». Опт. выражать. 22 (14): 16976–16990. Bibcode:2014OExpr..2216976H. Дои:10.1364 / OE.22.016976. PMID  25090513.
  19. ^ Издательская группа EARLINET 2000-2010; M. Adam, Alados-Arbolas, L., Althausen, D., Amiridis, V., Amodeo, A., Ansmann, A., Apituley, A., Arshinov, Y., Balis, D., Belegante, L. , Бобровников, С., Боселли, А., Браво-Аранда, Дж.A., Bsenberg, J., Carstea, E., Chaikovsky, A., Comern, A., D'Amico, G., Daou, D., Dreischuh, T., Engelmann, R., Finger, F., Фройденталер, В., Гарсия-Вискаино, Д., Гарка, AJF, Гей, А., Джаннакаки, ​​Э., Гиль, Х., Джунта, А., де Грааф, М., Гранадос-Муоз, М. Дж., Грейн, М., Григоров, И., Гро, С., Грунинг, К., Герреро-Раскадо, Дж. Л., Хеффелин, М., Хайек, Т., Ярлори, М., Каниц, Т., Коккалис, П., Линн , Х., Мадонна, Ф., Мамури, Р.-Э., Маттиас, В., Маттис, И., Мендес, Ф.М., Митев, В., Мона, Л., Мориль, Й., Муоз, К. , Мллер, А., Мллер, Д., Навас-Гусмн, Ф., Немук, А., Николае, Д., Пандольфи, М., Папаяннис, А., Паппалардо, Г., Пелон, Дж., Перроне, MR, Pietruczuk, A., Pisani, G., Potma, C., Preiler, J., Pujadas, M., Putaud, J., Radu, C., Ravetta, F., Reigert, A., Rizi, V ., Rocadenbosch, F., Rodrguez, A., Sauvage, L., Schmidt, J., Schnell, F., Schwarz, A., Seifert, P., Serikov, I., Sicard, M., Silva, AM , Симеонов, В., Сиомос, Н., Сирч, Т., Спинелли, Н., Стоянов, Д., Талиану, К., Теш, М., Де Томази, Ф., Трикл, Т., Воган, Г., Вольтен, Х., Вагнер, Ф., Вандингер, У., Ван, X., Вигнер, М., Уилсон, К.М. а ., 2014. Earlinet все наблюдения (2000-2010).
  20. ^ Fiocco, G., Grams, G., 1964 г. Наблюдение аэрозольного слоя на расстоянии 20 км с помощью оптического радара. Журнал атмосферных наук 21, 323
  21. ^ а б c Weitkamp, ​​C., 2005. Лидар: дистанционное оптическое зондирование атмосферы с разрешением по дальности. Серия Спрингера в оптических науках. Springer.
  22. ^ Клетт Дж. Д., 1981. Стабильное аналитическое решение инверсии для обработки отраженных сигналов лидара, Applied Optics 20, 211.
  23. ^ Хитчфельд В., Бордан Дж., 1954. Ошибки, присущие радиолокационным измерениям осадков на затухающих длинах волн, Журнал метеорологии 11, 58.
  24. ^ Ансманн А., Рибезелл М., Вайткамп К., 1990. Измерение профилей ослабления атмосферного аэрозоля с помощью рамановского лидара. Письма об оптике 15, 746.
  25. ^ С. Т. Шипли, Д. Х. Трейси, Э. В. Элоранта, Дж. Т. Траугер, Дж. Т. Срога, Ф. Л. Роеслер и Дж. А. Вайнман, 1983. Лидар с высоким спектральным разрешением для измерения свойств оптического рассеяния атмосферных аэрозолей. 1: Теория и инструментарий. Appl. Опт. 22, 3716-3724
  26. ^ Э. У. Элоранта, Глава 5: Лидар с высоким спектральным разрешением в лидаре: дистанционное оптическое зондирование атмосферы с разрешением по дальности, К. Вайткамп, изд. (Спрингер, 2005 г.)
  27. ^ Ридер, А., 2003. Keine Probleme mit Inversen Problemen - Eine Einführung in ihre stabile Lösung. Vieweg-Teubner Verlag.
  28. ^ Бёкманн, К., 2001. Гибридный метод регуляризации для некорректной инверсии многоволновых лидарных данных при восстановлении распределений размеров аэрозолей. Прикладная оптика 40 (9), 1329–1342.
  29. ^ Колготин, А., Мюллер, Д., 2008. Теория инверсии с двумерной регуляризацией: профили микрофизических свойств частиц, полученные из многоволновых лидарных измерений. Прикладная оптика 47 (25), 4472–4490.
  30. ^ Мюллер Д., Вандингер У., Ансманн А., 1999. Параметры микрофизических частиц на основе данных лидара экстинкции и обратного рассеяния путем инверсии с регуляризацией: теория. Прикладная оптика 38 (12), 2346–2357.
  31. ^ Мищенко, М. И., Трэвис, Л. Д., Маковски Д. В., 1996. Т-матричные расчеты рассеяния света несферическими частицами: обзор. Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения, 55 (5): 535 - 575. Рассеяние света несферическими частицами
  32. ^ Дубовик, О., Смирнов, А., Холбен, Б.Н., Кинг, М.Д., Кауфман, Ю.Дж., Эк, Т.Ф., Слуцкер, И., 2000. Оценка точности оптических свойств аэрозолей, полученных с помощью сети аэрозольных роботов (аэросеть) солнце и небо измерения сияния. Журнал геофизических исследований: Атмосфера 105 (D8), 9791–9806
  33. ^ Берендт, Андреас (2005). «Измерения температуры с помощью лидара». В Клаусе Вайткампе (ред.). Лидар. Серия Спрингера в оптических науках. 102. Springer Нью-Йорк. С. 273–305. Дои:10.1007/0-387-25101-4_10. ISBN  9780387400754.
  34. ^ Берендт, Андреас; Накамура, Такудзи; Цуда, Тошитака (2004-05-10). «Комбинированный температурный лидар для измерений в тропосфере, стратосфере и мезосфере». Прикладная оптика. 43 (14): 2930–2939. Bibcode:2004АпОпт..43.2930Б. Дои:10.1364 / AO.43.002930. PMID  15143820.
  35. ^ Куни, Джон (1972-02-01). «Измерение профилей температуры атмосферы с помощью обратного рамановского рассеяния». Журнал прикладной метеорологии. 11 (1): 108–112. Bibcode:1972JApMe..11..108C. Дои:10.1175 / 1520-0450 (1972) 011 <0108: MOATPB> 2.0.CO; 2. ISSN  0021-8952.
  36. ^ Стиллвелл, Роберт; Спулер, Скотт; Хейман, Мэтт; Репаски, Кевин (2020). «Демонстрация комбинированного лидара дифференциального поглощения и высокого спектрального разрешения для профилирования температуры атмосферы». Оптика Экспресс. 28 (1): 71–93. Дои:10.1364 / OE.379804. ISSN  1094-4087. PMID  32118942.
  37. ^ Вернер, Кристиан (2005). "Доплеровский ветровой лидар". В Клаусе Вайткампе (ред.). Лидар. Серия Спрингера в оптических науках. 102. Springer Нью-Йорк. С. 325–354. Дои:10.1007/0-387-25101-4_12. ISBN  978-0-387-40075-4.
  38. ^ Грэм Уорвик (30 июля 2018 г.). «Неделя технологий, 31 июля - 3 августа 2018 г.». Авиационная неделя и космические технологии.
  39. ^ Або, Макото (2005). "Лидар резонансного рассеяния". В Клаусе Вайткампе (ред.). Лидар. Серия Спрингера в оптических науках. 102. Springer Нью-Йорк. С. 307–323. Дои:10.1007/0-387-25101-4_11. ISBN  978-0-387-40075-4.
  40. ^ Bowman, M. R .; Гибсон, А. Дж .; Сэндфорд, М. К. У. (1969-02-01). «Атмосферный натрий, измеренный настроенным лазерным радаром». Природа. 221 (5179): 456–457. Bibcode:1969Натура.221..456Б. Дои:10.1038 / 221456a0. S2CID  4204305.
  41. ^ а б Стулл, Роланд (1988). Введение в метеорологию пограничного слоя (1-е изд.). Springer Нидерланды. стр.670. ISBN  978-90-277-2768-8.
  42. ^ Holzworth, CG (1964). «Оценки средней максимальной глубины перемешивания в прилегающих Соединенных Штатах». Ежемесячный обзор погоды. 92 (5): 235–242. Bibcode:1964MWRv ... 92..235H. CiteSeerX  10.1.1.395.3251. Дои:10.1175 / 1520-0493 (1964) 092 <0235: eommmd> 2.3.co; 2.
  43. ^ Troen, I; Mahrt, L (1986). «Простая модель планетарного пограничного слоя: чувствительность к испарению с поверхности». Метеорология пограничного слоя. 37 (1–2): 129–148. CiteSeerX  10.1.1.461.9396. Дои:10.1007 / bf00122760. S2CID  7709278.
  44. ^ а б Сикард, М; Rocadenbosch, F; Реба, MNM; Comerón, A; Tomás, S; Гарсиа-Вискаино, Д. Батет, О; Barrios, R; Кумар, Д; Балдасано, Дж. М. (2011). «Сезонная изменчивость оптических свойств аэрозоля, наблюдаемая с помощью рамановского лидара на сайте EARLINET над северо-востоком Испании». Атмос. Chem. Phys. 11 (1): 175–190. Bibcode:2011ACP .... 11..175S. Дои:10.5194 / acp-11-175-2011.
  45. ^ Мао, Ф; Гонг, Вт; Песня, S; Чжу, З (2013). «Определение кровли пограничного слоя по профилям лидарного обратного рассеяния с использованием метода вейвлет Хаара над Ухань, Китай». Оптика и лазерные технологии. 49: 343–349. Bibcode:2013OptLT..49..343M. Дои:10.1016 / j.optlastec.2012.08.017.
  46. ^ Ган, С; Wu, Y; Мадхаван, БЛ; Брутто, B; Мошари, Ф (2011). «Применение активных оптических датчиков для исследования вертикальной структуры городского пограничного слоя и оценки аномалий в прогнозах модели качества воздуха PM2.5». Атмосферная среда. 45 (37): 6613–6621. Bibcode:2011AtmEn..45.6613G. Дои:10.1016 / j.atmosenv.2011.09.013.
  47. ^ Ламмерт, А; Бозенберг, Дж (2006). «Определение высоты конвективного пограничного слоя с помощью лазерного дистанционного зондирования». Метеорология пограничного слоя. 119 (1): 159–170. Bibcode:2006BoLMe.119..159L. Дои:10.1007 / s10546-005-9020-х. S2CID  120417471.
  48. ^ Steyn, DG; Балди, М; Хофф, RM (1999). «Определение глубины смешанного слоя и толщины зоны увлечения по профилям лидарного обратного рассеяния». J. Atmos. Океан. Technol. 16 (7): 953–959. Bibcode:1999JAtOT..16..953S. Дои:10.1175 / 1520-0426 (1999) 016 <0953: tdomld> 2.0.co; 2. HDL:2429/33856. S2CID  54874690.
  49. ^ Куан, Дж; Гао, Й; Чжан, Q; Галстук, X; Цао, Дж; Хан, S; Meng, J; Чен, П; Чжао, Д. (2013). «Эволюция планетарного пограничного слоя в различных погодных условиях и ее влияние на концентрацию аэрозолей». Партикуология. 11 (1): 34–40. Дои:10.1016 / j.partic.2012.04.005.

дальнейшее чтение