Лидарное зондирование

Зондирование атмосферы с помощью лазерных локаторов (лидаров^*) в последние годы необычайно быстро развивалось. В Советском Союзе большие успехи в разработке, совершенствовании и широком применении лидарного метода достигнуты в работах В. Е. Зуева, В. М. Захарова и их сотрудников.

^* (Слово "лидар" составлено из первых букв английского названия установки light detection and ranging.)

Сущность лидарного метода состоит в следующем: вертикально в атмосферу посылается лазерный импульс определенной длины волны, интенсивности и длительности. Приемным устройством регистрируются возвращающиеся эхосигналы, рассеянные различными объемами воздуха, расположенными вдоль распространения луча лазера. Интенсивность принимаемых эхосигналов определяется, помимо технических характеристик лидарной установки (мощности и длительности импульса, эффективности приемной системы и т. д.), объемным коэффициентом так называемого обратного рассеяния. Иными словами, интенсивностью света, рассеянного под углом 180° (т. е. назад) каждым объемом воздуха, от которого приходит эхосигнал. Путем обработки результатов зондирования получают сведения об изменении с высотой (высотном ходе) сначала общего объемного коэффициента обратного рассеяния, а затем объемного коэффициента обратного аэрозольного рассеяния. Далее решается обратная задача - по высотному ходу объемного коэффициента обратного аэрозольного рассеяния восстанавливается высотный ход коэффициента рассеяния.

Лидарные методы имеют ряд преимуществ перед другими наземными - прожекторным и сумеречным. Лучи лазеров практически монохроматичны. У них высокое пространственное разрешение. Например, при длительности лазерного импульса 10 нc лидар обеспечивает определение расстояния и пространственное разрешение порядка 10 м. Расходимость луча лазера, в отличие от луча прожектора, необычайно мала - всего несколько дуговых минут. При расходимости луча, например, в минуту на расстоянии 100 км диаметр луча равен примерно 30 м. Поэтому при длительности импульса 10 не импульс доставляет рассеянный свет из цилиндра длиною и диаметром всего 30 м!

Лидарное зондирование можно применять до высот порядка 100 км. С его помощью получена богатая информация о повторяемости аэрозольных слоев на разных высотах. На высотах до 30 км чаще всего наблюдается несколько аэрозольных слоев. Наибольшая повторяемость аэрозольных слоев приходится на высоты около 22 км и 80 км. Много новых интересных сведений было получено этим методом о серебристых облаках, располагающихся на высотах около 80 км (подробнее см. главу 13).

Лидарное зондирование в декабре 1976 г. выявило отчетливый максимум аэрозольных частиц, поступивших в атмосферу из хвоста кометы Беннета. Пыль проникла в атмосферу вплоть до высот 60 км.

Несмотря на большие успехи лидарного зондирования, еще имеется много трудностей и в его проведении и в интерпретации результатов. Например, при усилении мощности лазерного луча выше определенной возникают нежелательные явления, такие, как электрический пробой, самофокусировка луча лазера, как бы просветление атмосферы перед лучом лазера и другие.