Лидарный комплекс для измерения вертикального распределения озона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Невзоров Алексей Алексеевич

• Невзоров Алексей Алексеевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Невзоров Алексей Алексеевич

Введение

Глава 1 Лидары для зондирования атмосферного озона

1.1 Общая схема лидарного зондирования

1.2 Метод дифференциального поглощения и рассеяния

1.3 Лидарные комплексы дистанционного зондирования озона

1.3.1 Источники лазерного излучения для озоновых лидаров

1.3.2 Приемные системы лидаров

1.4 ВКР-преобразование излучения лазеров

1.5 Лидарное зондирование тропосферного и стратосферного озона

1.5.1 Лидары для зондирования стратосферного озона

1.5.2 Лидары для зондирования тропосферного озона

1.6 Программы обработки данных лидарного зондирования озона

Краткие выводы по главе

Глава 2 Лидарный комплекс для измерения вертикального распределения озона в верхней тропосфере - стратосфере

2.1 Выбор длин волн лидарного зондирования озона

2.2 Лидар дифференциального поглощения для зондирования озона в верхней тропосфере - нижней стратосфере

2.3. Программный продукт «PHcount»

2.4 Лидарный комплекс для измерения вертикального распределения озона в верхней тропосфере - стратосфере

Краткие выводы по главе

Глава 3 Программно-алгоритмический комплекс для восстановления высотных профилей озона в атмосфере

3.1. Алгоритм восстановления высотных профилей озона из лидарных

данных

3.1.1. Температурная коррекция

3.1.2. Аэрозольная коррекция

3.2. Погрешности восстановления профилей озона из лидарных данных

3.3. Программный комплекс для восстановления высотных профилей озона в атмосфере

3.3.1. Основные требования к разработке программного продукта, используемого в научных исследованиях

3.3.2. Краткое описание программы восстановления ВРО

3.4 Программа обращения спутниковых данных «AURA converter»

Краткие выводы по главе

Глава 4 Результаты восстановления высотных профилей озона в верхней тропосфере - стратосфере

4.1. Результаты применения температурной и аэрозольной коррекции

4.2. Наблюдение процессов стратосферно - тропосфеоного обмена

4.2.1 Наблюдение процессов стратосферно - тропосферного

обмена в 2015 г

4.2.2. Наблюдение процессов стратосферно - тропосферного

обмена в 2018 г

4.3. Сравнение спутниковых и лидарных измерений

4.3.1. Сравнение лидарных и спутниковых измерений вертикальных профилей озона по данным 2015 г

4.3.2. Сравнение лидарных и спутниковых измерений вертикальных профилей озона по данным 2017 г

4.3.3. Сравнение лидарных и спутниковых измерений вертикальных профилей озона по данным 2018 г

Краткие выводы по главе

Заключение

Литература

Приложение

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лидарный комплекс для измерения вертикального распределения озона»

Актуальность проблемы.

Контроль климатических изменений планеты возможен только лишь с помощью глобальных теоретических моделей. В их построении необходимо учитывать атмосферные данные [1, 2]: аэрозоль, пространственно-временное распределение малых газовых составляющих (МГС) и термодинамические характеристики.

Чтобы такие модели появились, требуется осуществление постоянного мониторинга атмосферы для получения необходимых характеристик и параметров (их разносторонний анализ), влияющих на климат планеты.

Измерительные методы для подобных исследований условно разделяют на две группы: контактные (прямые) и дистанционные (косвенные).

Исследования атмосферы Земли начались с прямых методов. Был поставлен эксперимент в 1647 г. Перье на горе Пюи-де-Дом в результате, которого с помощью ртутного барометра при подъеме на гору установили, что давление с высотой уменьшается.

Метод считают прямым, если ведутся наземные измерения или производят различные зондирования: ракетное, аэрологическое, самолетное и аэростатное. Со временем развитие прямых методов продолжалось, и их распространение стало почти повсеместным. Большое число стран мира стало иметь собственную сеть зондирования атмосферы посредством лидарных станций и метеозондов.

Косвенные методы базируются на исследовании и объяснении особенностей электромагнитной и акустической преобразованной области после ее взаимодействия с исследуемой средой атмосферы [3, 4].

Все измерения составляющих и характеристик атмосферы выполняются двумя методами, обозначенными как пассивный и активный [4]. К пассивным методам зондирования относят радиометрические, базирующиеся на исследованиях и анализе спектрального состава солнечной радиации [4]. К ним относят методы, в основе которых исследования и анализ теплового излучения атмосферы с поверхности планеты, с аэростатов, с самолетов или с исследовательских космических аппаратов [4].

Известно, что решение некорректных обратных задач при отсутствии точных исходных данных является недостатком косвенных методов измерений. Поэтому зачастую исследователи ограничивают пространственное разрешение и точность получаемых результатов. К недостаткам также стоит отнести проблемы в восстановлении вертикального распределения МГС на высотах с активной изменчивостью ее физических свойств [4 - 6]. Кроме того, поскольку внизу происходит размытие теллурических линий, зондирование МГС в микроволновом диапазоне возможно только на больших высотах [4].

К активным методам относят лазерное зондирование атмосферы, которое является наиболее развитым по сравнению с акустическим и прожекторным. С его помощью реализуется изучение параметров атмосферы в большом высотном диапазоне (тросфера - мезосфера) и, что особенно важно, с высоким пространственно-временным разрешением. Таким образом, сформировалось основное конкурентное преимущество и уникальность метода лазерного зондирования. Оно заключается в том, что лидарные методы позволяют получать данные о цели исследования на некоторой дистанции за счёт применения разнообразных эффектов взаимодействия излучения с веществом.

Известно, что из-за деятельности человека в последние годы изменилось сложившееся экологическое равновесие в природе. В больших городах регистрируется сильное загрязнение атмосферы: 90 % загрязняющих веществ составляют газы и лишь 10 % твердые частицы. Результат человеческой деятельности несет негатив-

и и и и / "1—г

ное воздействие на озоновый слой после влияния вулканических извержений (Пи-натубо, 1991 г.) и является одним из основных угнетающих факторов [7-14]. Озон регенерирует из молекулярного кислорода посредством присоединения к его молекуле атомарного кислорода под воздействием ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца (фотодиссоциация). При этом примерно 85% озоносферы расположено на высотах стратосферы от 15 до 45 км. Стратосферный озон защищает все живое на Земле от пагубного ультрафиолетового излучения Солнца. Озоносфера, поглощая это излучение, оказывает влияние на распределение температуры в верхней атмосфере. Наличие различных составляющих, таких как окислы азота, водород, хлор, бром оказывает разрушительное воздействие на молекулы озона. Проявляется каталитический характер фотохимических реакций разрушения озона при их присут-

ствии. Процесс образования и разрушения стратосферного озона может легко нарушится под воздействием антропогенных факторов

Предполагается, что значительное негативное воздействие на озоносферу однозначно могут оказать ряд веществ, попадающих в тропосферу, но ведущие себя в этом слое химически инертно. К ним в особенности относят пропелленты в аэрозольных упаковках и фреоны (хлорфторметаны), протекающие в атмосферу при работе холодильных устройств и применяемые в промышленности как растворитель. Эти соединения, попадая в стратосферу, под воздействием солнечного излучения распадаются и выбрасывают свободный галоген. Он действует как катализатор в процессе деградации озона. Однако существует много скептиков этой теории [15]. Помимо этого, попадание в озоносферу оксидов углерода, диоксидов серы, оксида азота [16-18] могут способствовать разрушению озона, выделяющихся при активном применении минеральных удобрений. Также разрушению озона способствуют выбросы различных веществ, таких как соединения хлора, оксиды алюминия, оксиды хлора и др., в атмосферу при полетах сверхвысотных самолетов, пусков ракет и космических шаттлов.

Поэтому требуется постоянный мониторинг изменений озоносферы для предотвращения и предупреждения деградации озона.

Лидарные исследования вертикального распределения озона (ВРО) являются практически единственным недорогим и точным в постоянном применении инструментом для получения информации о состоянии озоносферы. К значительным преимуществам лазерного зондирования следует отнести высокое пространственно-временное разрешение получаемых лидарынх данных. Так же к ним следует отнести достижимость проведения долгих безостановочных измерений, оценку выбранной характеристики в произвольной трассе лазерного луча и на разных высотах и т.д. В измерении ВРО наиболее эффективен метод дифференциального поглощения (МДП) в УФ диапазоне, так как он обладает максимальной чувствительностью для целей определения пространственного распределения концентрации какого-либо газа атмосферы [19-36].

Стоит отметить, что практическая реализация метода требует использование новейших технических достижений в областях: оптики, лазерных устройств, информатики, механики, электроники. В последнее время именно в них претерпевают

бурное развитие знания, обеспечивая необходимые условия для разработки уникальных лидарных комплексов. Конкурентное превосходство лидарных технологий во всех отношениях проявляются в ряде случаев, когда непосредственное получение исследовательских данных об объекте посредством традиционных методов и контактных датчиков затруднено или невозможно.

В Институте оптики атмосферы имени В.Е. Зуева (ИОА СО РАН) на Сибирской лидарной станции (СЛС) созданы и успешно функционируют уникальные ли-дары, которые включены Постановлением Правительства в «Перечень уникальных экспериментальных установок национальной значимости» [20]. Исследователям СЛС регулярно проводятся измерения, позволяющие определять ВРО над Томском, которые содержат в себе информацию о динамике ВРО. Анализ измерений позволит выявить причины изменений ВРО и отследить влияющие негативные факторы. Результаты многолетних измерений ВРО с помощью уникальных лида-ров ОГС, дают возможность значительно расширить представления о динамике ВРО верхней тропосферы-стратосферы.

Данное обстоятельство позволяет продолжать экспериментальные и теоретические исследования свойств озоносферы.

Серьёзным шагом в исследованиях является создание связанной глобальной сети лидарных станций зондирования ВРО, в которую могли бы входить как лида-ры наземного базирования, так и орбитальные космические спутники.

В настоящее время постоянный мониторинг озоносферы представляется актуальным. Это связано с тем, что человечество пришло к осознанию необходимости поддержания комфортного состояния окружающей среды и контроля климатологии Земли.

Совершенствование новых технологий постоянно происходит в мире компьютерных системах управления. Продолжается их интеграция и совершенствование элементной базы, включая оперативную память, скорость передачи данных. В результате этой тенденции решающим компонентом в усовершенствовании автоматизации лидарных измерений и использования математических методов является улучшение программно-аппаратных систем.

Программно-аппаратные системы должны облегчать работу исследователей в обработке эксперимента. Эти системы являются основой, связующей эксперимен-

таторов, теоретиков и разработчиков методов обработки данных исследований. Разработка такого программного обеспечения является трудной задачей, потому что нужно объединить физические модели, разнообразные ряды данных, математические методы в единую работоспособную систему, удовлетворяющую требования исследователей.

Целью диссертационной работы является развитие лидарного комплекса для измерения по методу дифференциального поглощения вертикального распределения озона в верхней тропосфере - стратосфере в высотном диапазоне ~ (5-45) км на длинах волн 299/341 нм и 308/353 нм в сопоставлении со спутниковыми измерениями.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1) Исследование и анализ использования существующих лидарных источников зондирующего излучения для озоновых лидаров, оптических схем лида-ров дифференциального поглощения, программно-аппаратных комплексов для обработки, хранения и сравнения экспериментальных данных;

2) Модернизация лидарного комплекса для измерения ВРО в верхней тропосфере - стратосфере;

3) Экспериментальная проверка информативности выбранных длин волн для зондирования озона;

4) Разработка программного обеспечения (ПО) для получения ВРО и его улучшение по мере модернизации Сибирской лидарной станции;

5) Реализация нового ПО обработки данных лидарного зондирования атмосферы, которое удовлетворяло бы новым требованиям по обработке и анализу результатов измерений;

6) Отбор доступных данных спутниковых измерений в сети Интернет для последующего анализа и сравнения с лидарными измерениями ВРО;

7) Сопоставление восстановленных лидарных профилей ВРО в верхней тропосфере - стратосфере со спутниковыми данными.

Защищаемые положения

1. Лидарный комплекс с программным управлением «РНсоиП» обеспечивает измерения ВРО в верхней тропосфере - стратосфере в расширенном диапазоне высот от 5 до 45 км.

2. Программно-аппаратный комплекс для измерения концентрации озона и обработки лидарных сигналов позволяет восстанавливать ВРО с погрешностями от 12 % до 24 % в высотном диапазоне 5-18 км на длинах волн 299/341 нм и с погрешностями восстановления от 3 % до 9 % в высотном диапазоне 15 - 45 км на длинах волн 308/353 нм.

3. Работоспособность лидарного комплекса подтверждается сопоставительным анализом восстановленных лидарных профилей ВРО в верхней тропосфере-стратосфере с измерениями ВРО спутниками AURA (MLS) и MetOp (IASI) с использованием разработанной программы отбора и обращения данных спутниковых измерений.

Достоверность полученных результатов и выводов диссертации определяется:

- Количественным и качественным соответствием собранных результатов, выводов, зависимостей с имеющимися современными теоретическими и экспериментальными данными измерений о физических свойствах атмосферы;

- Точным учетом возможных погрешностей в части методических и экспериментальных расчетов;

- Применением в качестве приемников оптических сертифицированных датчиков, а также в качестве компонент регистрирующего оборудования -метрологически поверенных приборов;

- Статистической обеспеченностью получаемых данных, их повторяемостью и соответствием аналогичным результатам, полученным другими исследователями;

- Использованием в расчетах восстановления ВРО оптико - метеорологических моделей атмосферы, прошедших проверку экспериментальными измерениями.

Научная новизна

1) Впервые разработана программа «PHcount» для управления и обмена данными между персональным компьютером и устройством счета фотонов PHCOUNT 6/2, и автоматизированным оптико-механическим юстировоч-

ным узлом выходного зеркала для вывода лазерного излучения (лидарного комплекса) в атмосферу;

2) Реализован новый программно-аппаратный лидарный комплекс для измерения по МДП вертикального распределения озона с учетом температурной и аэрозольной коррекций в верхней тропосфере - стратосфере в высотном диапазоне ~ (5 - 45) км на длинах волн 299/341 нм и 308/353 нм.

3) Разработана программа обращения данных ВРО спутника AURA в общую с лидарными профилями шкалу единиц измерений для последующего оперативного сопоставления результатов измерений спутников и лидарного комплекса.

4) Впервые проведено сопоставление восстановленных лидарных профилей ВРО в верхней тропосфере - стратосфере с данными спутниковых измерений AURA (MLS) и IASI/MetOp в диапазоне высот от ~5 км до ~45 км.

Научная и практическая значимость

Материалы диссертационной работы использовались при выполнении Соглашений и Гос. контрактов ФЦП №14.604.21.0046, 14.518.11.7063, 14.604.21.0100, 14.613.21.0003, 14.613.21.0013, 14.613.21.0082, 14.613.21.0077, 14.616.21.0104.

Работа поддерживалась грантами Президента РФ НШ-4714.2014.5; НШ-8199.2016.5; грантом РФФИ № 16-45-700722; грантами РНФ №14-27-00022, 15-1710001.

В настоящее время Невзоров А.А. является получателем стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам (СП-3926.2018.3).

Полученные результаты работы имеют важное практическое применение для создания лидарных комплексов, использующих МДП в УФ диапазоне спектра, для измерения озона в верхней тропосфере - стратосфере.

Полученные экспериментальные результаты измерений ВРО позволяют сделать вывод о возможности использования лидарного комплекса для экологического мониторинга с целью получения информации об озоновом слое атмосферы.

Внедрение разработанного соискателем ПО в состав измерительного лидарно-го комплекса подтверждается актом об использовании программ (см. Приложение).

Личный вклад автора

Все представленные в диссертационной работе результаты получены при непосредственном участии автора.

Участие Романовского Олега Анатольевича заключалось в методической постановке темы исследований, в осуществлении экспериментов и обсуждении полученных результатов.

Создание программных комплексов управления, обработки, анализа и представления лидарных данных по зондированию озоносферы проводилась непосредственно соискателем.

Выбор длин волн, пригодных для зондирования, численное моделирование лидарного зондирования проводилось соискателем совместно с Романовским О.А. Лидарный комплекс для измерения ВРО в высотном диапазоне 5 - 45 км разработан Долгим С.И. и Невзоровым А.В. совместно с соискателем. Вклад автора диссертационной работы заключается в непосредственном участии в планировании и проведении экспериментальных исследований по зондированию озоносферы на СЛС.

Обработка результатов лидарных измерений, анализ и сопоставление восстановленных лидарных и спутниковых профилей ВРО проводилась соискателем.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

XX - XXIV Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (2014, 2015, 2016, 2017, 2018);

XXII, XXIV Рабочая группа «Аэрозоли Сибири» (2015, 2018);

XXVII, XXVIII International Laser Radar Conference (2015, 2017);

Lidar Technologies, Techniques, and Measurements for Atmospheric Remote Sensing (2015, 2017, 2018);

XIII, XIV Международная школа-конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Инноватика» (2017, 2018);

VII Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы радиофизики» (2017);

XXV, XXVI Международная конференция «Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии, геоэкологии и транспорте» (2017, 2018).

Публикации

Материалы диссертации в полном объеме опубликованы в научной печати и составляют ряд из 24 публикаций. Из этого ряда 8 статей опубликованы в научных журналах, включенных в перечень ВАК. В составе публикаций имеются 11 статей, индексируемых Web of Science и 17 статьей Scopus. Также опубликованы 2 монографии и 17 тезисов докладов. Материалы научной работы соискателя представлены на 17 всероссийских и международных конференциях. Получены 3 свидетельства Роспатента о государственной регистрации программ для ЭВМ и 1 патент на полезную модель.

Структура диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы.

т-ч и о

В первой главе представлен лидарный метод дистанционного зондирования атмосферы - метод дифференциального поглощения для измерения озона.

Представлена структура построения лидарных систем. Рассмотрены источники лазерного излучения. Представлено построение приемников. Приведены возможности применения вынужденного комбинационного рассеяния с различными газами в кюветах для получения информативных частот.

Представлен обзор зарубежных и российских лидаров для измерения ВРО в тропосфере и средней атмосфере. Раскрыта история развития программного обеспечения ИОА СО РАН для восстановления вертикального распределения озона.

Во второй главе приведено техническое описание лидара дифференциального поглощения и рассеяния для измерения озона в верхней тропосфере - нижней стратосфере.

Представлено ПО «PHcount» для лазерного зондирования озона по МДП. С ее помощью можно управлять счетчиком фотонов PHCOUNT 6/2, а также производить управление автоматизированным оптико-механическим юстировочным узлом лидарного комплекса.

Продемонстрирован лидарный комплекс для зондирования озона верхней тропосфере - стратосфере как результат объединения тропосферного и стратосферного лидаров.

В третьей главе представлен алгоритм восстановления вертикального распределения озона с учетом температурной и аэрозольной коррекции на основе МДП, также описан алгоритм восстановления отношения рассеяния. На основе этих алгоритмов создан программный продукт для работы с результатами лидарного зондирования, полученными измерениями ВРО на длинах волн 299 нм и 341 нм, а также на длинах волн 308 нм и 353 нм.

Представлена программа, которая позволяет оперативно производить восстановленные профили озона с учетом коррекций и расчетом погрешности восстановления, что способствует их быстрым оценкам. Все это дает возможность оперативно накапливать вертикальные профили озона в перечень лидарных измерений на Сибирской лидарной станции.

Представлена программа обращения больших баз AURA данных в общие с лидарными профилями единицы измерений (величины концентрации озона * 1012 моль.*см-3, высота в километрах, точность в процентах) в отдельные файлы ВРО по времени и дате измерений для последующего сравнения с лидарными измерениями.

В четвертой главе демонстрируются результаты сопоставления восстановленных профилей ВРО с учетом температурной и аэрозольной коррекций в верхней тропосфере - нижней стратосфере [19] и в стратосфере на базе модернизированного лидарного комплекса и озоновых профилей IASI (MetOp), MLS (AURA), а также сшитый профиль ВРО верхней тропосферы - стратосферы в сравнении со средне-широтной моделью Крюгера. Представленные результаты подтверждают работоспособность модернизированного лидарного комплекса на парах длин волн зондирования озона 299/341 нм и 308/353 нм. Стоит отметить, что восстановленные профили высотного распределения концентрации озона больше тяготеют к профилям спутниковых данных AURA, чем к среднеширотной модели Крюгера.

Глава 1 Лидары для зондирования атмосферного озона

Контроль атмосферных газов производится как наземными приборами, которые бывают мобильными и стационарными, так и устройствами, установленными в космических аппаратах. Как правило, спутниковые измерения предоставляют глобальную картину стратификации исследуемого газа по пути движения космического аппарата. Наземные измерения в большей части дополняют спутниковые и используются для валидации. Важнейшие приборы дистанционного зондирования атмосферы, измеряющие вертикальную стратификацию атмосферных газов от начала измерений по двухтысячные годы представлены в Таблице 1.1 [21]. В нижней части - приборы космических аппаратов, в верхней части представлены наземные приборы.

Таблица 1.1. - Приборы, ведущие измерения вертикальной стратификации озона [21].

1960s 1970s 1980s 1990s 2000s

Umkehr

Ozonesondes

Lidar: z < 25 km

Lidar: z > 25 km

Microwave

FTIR

SBUV(/2)

SAGE

HALOE

MLS AURA

GOME (12)

SCI S AT

ODIN

ENVISAT

AURA

Для изучения процессов генерации и переноса озона в атмосфере необходимы технические средства, способные осуществлять контроль вертикального распределения озона от приземного слоя до верхней стратосферы с высоким временным и высотным разрешением с применением лазеров на основе оптических методов. Та-

ким техническим устройством стал лидар или лазерный локатор (lidar - аббревиатура от light detection and ranging, т.е. световое обнаружение и дальность).

1.1 Общая схема лидарного зондирования

Для лидарного зондирования исследуемого атмосферного газа создается конкретная оптическая схема. Выделяют три основные части подобных приборов [22]:

a) передатчик - лазерный источник с устройством контроля излучения и, в некоторых случаях, зеркальный или линзовый телескоп для уменьшения расходимости;

b) приёмник - система устройств, принимающая оптический лидарный сигнал на основе зеркального или линзового телескопа с селективными анализаторами спектрального состава или поляризации лидарного сигнала и с пространственным фильтром;

c) фотоэлектронная система для регистрации лидарного сигнала с помощью компьютера, который сохраняет и обрабатывает лидарный сигнал, а также контролирует основные параметры лидара и управляет его основными компонентами в автоматизированном режиме.

На рис. 1.1 представлена принципиальная блок-схема лидарного комплекса

[22].

Рис. 1.1. Блок-схема лидарного комплекса: передатчик (а), приемник (Ь), система управления (фотоэлектронная система) (о) [22].

Однозначно, лазерный источник излучения является главным активным элементом лидара. Непосредственно в самом лазерном источнике реализуются все основные характеристики лазерного излучения: временные, пространственные, энергетические, поляризационные и спектральные. Как правило, с помощью устройства слеживания они контролируются на выходе лазерного излучения, которые применяется для генерации сигнала старта регистрирующей аппаратуры. При исследованиях средней атмосферы на больших высотах часто применяются мощные импульсные лазеры с энергией импульса десятки и сотни миллиджоулей с частотами следования десятки и сотни герц. Также применяются различные комбинации лазеров при многочастотном зондировании с возможностью перестройки частоты излучения (перестраиваемые) или с фиксированными частотами. Часто используются генераторы гармоник или газовые ячейки вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) под высоким давлением для преобразования или сдвига частоты излучения.

1.2 Метод дифференциального поглощения и рассеяния

За прошедшее время, с публикации первой статьи в 1963 года по использованию рубинового лазера для исследования рассеивающих атмосферных свойств [23], получены многочисленные результаты. Они показали целый ряд традиционных задач физики атмосферы, метеорологии и климатологии, который может быть решен с помощью лидарных методов [23 - 32].

Разными физическими эффектами и процессами характеризуется взаимодействие лазерного излучения с атмосферой. В настоящее время известны методы ли-дарного зондирования, основанные на физических явлениях. Это Рэлеевское рассеяние, резонансное рассеяние, комбинационное рассеяние, рассеяние Ми, флуоресценция, поглощение и широко применяемый МДП.

Впервые МДП реализовал Счетланд [23]. Он заключается в том, что данные распределения концентраций измеряемого газа получают из сравнения в достаточно узком спектральном диапазоне регистрируемых лидарных сигналов на двух длинах волн. Первая длина волны Xon попадает в полосу поглощения исследуемого газа, а вторая Xoff - вне ее. Поэтому сигналы их обратного рассеяния окажутся различными. Счетланд дал название этому методу «дифференциальное поглощение рассеянной энергии» или DASE. Очень часто встречается термин, как связка тех-

нического устройства и метода, «лидар дифференциального поглощения» или DIAL [33], «дифференциальное поглощение и рассеяние» или DAS [34], а также просто «метод дифференциального поглощения» [35]. Анализируя изменение величин сигналов обратного рассеяния с высотой, можно определить и распределение концентрации молекул какого-либо газа по трассе лазерного луча. МДП позволяет определить единицы и десятки молекул газа на триллион молекул воздуха. А так как каждый газ в силу "уникальности" собственной молекулы имеет различные участки поглощения по шкале длин волн, сейчас проводятся измерения концентрации практически всех малых газовых примесей, присутствующих в воздушном бассейне, в том числе и газов антропогенного происхождения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Невзоров Алексей Алексеевич, 2019 год

Список использованных источников

1. Кондратьев К.Я. Спутниковая климатология. - Л.: Гидрометеоиздат. 1983. 264 с.

2. Захаров В.А., Костко О.К., Хмелевцов С.С. Лидары и исследования климата. -Л., Гидрометеоиздат. 1996. 320 с.

3. Кондратьев К.Я., Тимофеев Ю.М. Метеорологическое зондирование атмосферы из космоса. - Л., Гидрометеоиздат. 1978. 280 с.

4. Маричев В.Н. Дистанционное оптическое зондирование аэрозоля, температуры и основных малых газовых составляющих атмосферы. - Докторская диссертация. 1998. Томск. 270 с.

5. Ершов А.Т., Наумов А.П., Плечков В.М. Определение вертикального профиля влажности по наземным радиотеплолокационным измерениям атмосферного поглощения. // Известия вузов. Радиофизика. 1972. Т.15. №4. С. 510-516.

6. Тимофеев Ю.М., Кузнецов А.Д., Тараканов В.В. Определение характеристик влагосодержания атмосферы на основе интерпретации реальных измерений теплового излучения. - В сб. "Радиофизические исследования атмосферы". - Л.: Гидрометеоиздат. 1977. С. 109-118.

7. Бурлаков В.Д., Ельников А.В., Зуев В.В., Маричев В.Н., Правдин В.Л. Следы извержения вулкана Пинатубо в стратосфере над Западной Сибирью (г. Томск, 56° с. ш.). // Оптика атмосферы и океана. 1992. Т. 5. № 06. С. 602-604.

8. Зуев В.В., Зуев В.Е., Маричев В.Н. Наблюдения стратосферного аэрозольного слоя после извержения вулкана Пинатубо на сети лидарных станций. // Оптика атмосферы и океана. 1993. Т. 6. № 10. С. 1180-1201.

9. Бурлаков В.Д., Ельников А.В., Зуев В.В., Маричев В.Н., Правдин В.Л., Смирнов С.В., Столярова Н.А. Результаты лидарных наблюдений аэрозоля и озона стратосферы после извержения вулкана Пинатубо (г. Томск, 56°с.ш., 85°в.д.). // Оптика атмосферы и океана. 1993. Т. 6. № 10. С. 1224-1233.

10. Иванов А.П., Осипенко Ф.П., Чайковский А.П., Щербаков В.Н. Оптические характеристики стратосферы в период после извержения вулкана Пинатубо по данным спектрополяризационного лазерного зондирования. // Оптика атмосферы и океана. 1993. Т. 6. № 10. С. 1234-1240.

11. Сакерин С.М., Дергилева И.Л., Игнатов А.М., Кабанов Д.М. О повышении за-мутнения атмосферы Атлантики после извержения вулкана Пинатубо. // Оптика атмосферы и океана. 1993. Т. 6. № 10. С. 1241-1248.

12. Груздев А.Н. Оценка эффектов извержения вулкана Пинатубо в стратосферном содержании O3 и NO2 с учетом вариаций уровня солнечной активности. // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. № 06. С. 506-514.

13. Зуев В.В., Зуева Н.Е., Савельева Е.С. Температурные и озоновые аномалии как индикаторы вулканогенной сажи в стратосфере. // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. № 08. С. 698-704.

14. Зуев В.В., Баженов О.Е., Бурлаков В.Д., Гришаев М.В., Долгий С.И., Невзоров А.В. О влиянии вулканогенного аэрозоля на изменения стратосферного озона и NO2 по данным измерений на Сибирской лидарной станции. // Оптика атмосферы и океана. 2008. Т. 21. № 11. С. 945-951.

15. Абдульманов Х.А., Седымова Е.А.Влияние фреонов метанового ряда на озоновый слой. О реабилитации фреона 12 // Вестник Камчатского Государственного технического университета. 2002. № 1. С. 59-63.

16. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2017 году» // М.: Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации, 2017.

17. Маричев В.Н., Зуев В.В., Гришаев М.В., Смирнов С.В. Лидарные и спектро-фото-метрические измерения вертикального распределения озона, диоксида азота и температуры в стратосфере над Томском (Западная Сибирь). // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т. 9. № 12. С. 1604-1608.

18. Атмосфера. Справочник// Ю.С. Седунов, С.И. Авдюшин, Е.П. Борисенков, О.А. Волковицкий, Н.Н. Петров Р.Г. Рейтенбах, В.И. Смирнов, А.А. Черников. Л.: Гидрометеоиздат. 1991. 508 с.

19. Невзоров А.А., Бурлаков В.Д., Долгий С.И., Невзоров А.В., Романовский О.А., Харченко О.В., Гриднев Ю.В. Сравнение лидарных и спутниковых измерений вертикальных профилей озона по данным 2015 г. // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т.29. № 8. С. 703-708.

20. http://ckp-rf.ru/usu/73575/

21. Hassler B., Petropavlovskikh I., Staehelin J., August T., Bhartia P. K., ClerbauxC., Degenstein D., Maziere M. De, Dinelli B. M., Dudhia A., Dufour G., Frith S. M., Froide-vauxL., Godin-Beekmann S., Granville J., Harris N. R. P., Hoppel K., Hubert D., Kasai Y., Kurylo M. J., Kyrola E., Lambert J.-C., Levelt P. F., McElroy C. T., McPeters R. D., Munro R., Nakajima H., Parrish A., Raspollini P., RemsbergE. E., Rosenlof K. H., Roza-nov A., Sano T., Sasano Y., Shiotani M., Smit H. G. J., Stiller G., Tamminen J., Tarasick D. W., Urban J., van der A R. J., Veefkind J. P., Vigouroux C., von Clarmann T., von Savigny C., WalkerK. A., WeberM., WildJ., and ZawodnyJ. M. Past changes in the vertical distribution of ozone - Part 1: Measurement techniques, uncertainties and availability // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7. Issue 5. P. 1395-1427.

22. Васильев Б.И., Маннун У.М. ИК лидары дифференциального поглощения для экологического мониторинга окружающей среды. // Кв. электр. 2006. Т.36. №9. С. 801-820.

23. Schotland R.M. The determination of the vertical prorefie of atmospheric gases by means of a ground based optical radar// Proc. 3th symp. on remote sensing of environment. Univ. Michig. Ann. Arbor., Miohigan. 1964. P. 215-224.

24. Захаров В.М. , Костко О. К. Лазеры и метеорология. - Л.: Гидрометеоиздат. 1972. 175 с.

25. Зуев В.Е . Лазер - метеоролог. - Л.: Гидрометеоиздат. 1974. 96 с.

26. Захаров В.М., Костко О.К. Метеорологическая лазерная локация. - Л.: Гидрометеоиздат. 1977. 203 с.

27. Лазерный контроль атмосферы - Под ред. Хинкли Э.Д. М.: Мир. 1979. 416 с.

28. Костко О.К. и др Применение лазеров для определения состава атмосферы / Под ред. В.М. Захарова. - Л.: Гидрометеоиздат. 1983. 218 с.

29. Зуев В.Е., Зуев В.В. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. С. -Пб.: Гидрометеоиздат. 1992. 232 с.

30. Балин Ю.С., Боровой А.Г., Бурлаков В.Д., Долгий С.И., Клемашева М.Г., Ко-ношонкин А.В., Коханенко Г.П., Кустова Н.В., Маричев В.Н., Матвиенко Г.Г., Невзоров А.А., Невзоров А.В., Пеннер И.Э., Романовский О.А., Самойлова С.В., Суханов А.Я., Харченко О.В., Шишко В.А. Лидарный мониторинг облачных и аэрозольных полей, малых газовых составляющих и метеопараметров атмосферы //

под редакцией Г.Г. Матвиенко. Томск: Изд-во ИОА СО РАН. 2015. 450 с. - ISBN 978-5-94458-156-3.

31. Матвиенко Г.Г., Балин Ю.С., Бобровников С.М., Романовский О.А., Коханен-ко Г.П., Самойлова С.В., Пеннер И.Э., Горлов Е.В., Жарков В.И., Садовников С.А., Харченко О.В., Яковлев С.В., Баженов О.Е., Бурлаков В.Д., Долгий С.И., Макеев А.П., Невзоров А.А., Невзоров А.В. «Сибирская лидарная станция: аппаратура и результаты» (под редакцией Матвиенко Г.Г.) // Томск. Изд-во ИОА СО РАН. 2016. 440 с. ISBN 978-5-94458-162-4.

32. Fiocco G., Smullin L.D. Detection of scattering layers in the upper atmosphere (60140 km) by optical radar // Nature. 1963. V.199. N. 4899. P. 1275-1276.

33. Wright M.L., Prootor E.K., Gasiorek L.S .et al. // Final Report SKI Project 1966, contract NASA-11657, Hampton, Virginia: NASA Langley Research center. 1975.

34. Measures R.M., Pilon G.A. A Study of Tunable Laser Techniques for Remote Mapping of Specific Gaseous Constituents of the Atmosphere // Opto-Electron. 1972. V. 4. P. 141-153.

35. Byer R.L., Garbuny M. Pollutant detection by absorption using Mie scattering and topografic targets as retroreflectors // Appl. Opt. 1973. V. 12. No 7. P.1496-1507

36. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование - М.: Мир. 1987. 552 с.

37. Bass, A. M., R. J.Paur, The ultraviolet cross sections of ozone, I, Measurements, Atmospheric Ozone // Proceedings of the Quadrennial Ozone Symposium, Halkidiki, Greece C. Zeferos, A. Ghazi, 606-616D. Reidel, Hingham, Mass., 1985.

38. Molina L.T., Molina M.T. Absolute absorption cross section of ozone in the 185-nm to 350-nm wavelength range // J. Geophys. Res. 1988. V. 91. № D13. P. 14.501-14.508.

39. Самохвалов И.В., Копытин Ю.Д., Ипполитов И.И., Балин Ю.С., Зуев В.В., Климкин В.М., Матвиенко Г.Г., Соснин А.В., Хмельницкий Г.С., Шаманаев В.С. Лазерное зондирование тропосферы и подстилающей поверхности - Новосибирск: Наука. 1987. 260 с.

40. Букреев В.С., Вартапетов С.К., Веселовский И.А. и др. Лидарная система для зондирования стратосферного и тропосферного озона на основе эксимерных лазеров. // Квантовая электроника. 1994. Т.24. С. 591-596.

41. Woodbrny E.J., Ng W.K Ruby Laser Operation in the near IR // Proc. IRE 50, 2367 (1962).

42. Javan A.Transitions à plusieurs quanta et amplification maser dans les systèmes à deux niveaux // J. Phys. Radium. 1958. V. 19. P. 806-808.

43. Eckhardt Gisela, Hellwarth R.W., McClung F.J., Schwarz S.E., Weiner D., and Woodbury E.J. Stimulated Raman Scattering From Organic Liquids // Phys. Rev. Letts. 1962. V. 9. P. 455-457.

44. Geller M., Bortie1d D.P., Sooy W.R. New Woodbury-Raman laser materials // Appl. Phys. Letts. 1963. V. 3. N. 3. P. 36-40. https://doi.org/10.1063/1.1723564.

45. Geller M., Bortfeld D.P., Sooy W.R., Woodbury E.J. Stimulated Raman Emission in a Normal Ruby Laser // Proc. IEEE. 1963. V. 51. Issue 9. P. 1236-1237.

46. Terhunc R.W. // Bull. Amer. Phys. Soc. V. 8, P. 359 (1963)

47. Harold E. PuthoffThe Stimulated Raman Effect and its Application as a Tunable Laser. -Thesis, June 1967, DOI: 10.13140/RG.2.2.13670.63046

48. Galani E., Balis D., Zanis P., Zerefos, C., Papayannis, A., Wernli, H., Gerasopou-los, E. Observations of stratosphere-to-troposphere transport events over the eastern Mediterranean using a ground-based lidar system // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. № D12. P. STA12-1-STA12-10.

49. Masahisa Nakazato, Tomohiro Nagai, Tetsu Sakai, Yasuo Hirose. Tropospheric ozone differential-absorption lidar using stimulated Raman scattering in carbon dioxide // Appl. Opt. 2007. V. 46. № 12. P. 2269-2279.

50. Eisele H., Scheel H.E., Sladkovic R., Trickl T. High resolution lidar measurements of stratosphere - troposphere exchange // J. Atmos. Sci. 1999. V. 56. N 3. P. 319-330.

51. Букреев В.С., Вартапетов С.К., Веселовский И.А., Шаблин Ю.С. Измерение концентрации озона в нижней тропосфере лидаром дифференциального поглощения // Квантовая электронка. 1996. Т. 23. № 4. С. 363-367

52. Мельченко С.В., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. ВКР-преобразование излучения электроразрядного XeCI-лазера // Квантовая электронка. 1986. Т. 13. № 7. С. 496-1500.

53. Schoulepnikoff L., Mitev V., Simeonov V., Calpini B., and van den Bergh H. Experimental investigation of high-powersingle-pass Raman shifters in the ultraviolet with Nd:YAG and KrF lasers // Appl. Opt. 1998. V.36, P. 5026-5043.

54. Grant W.B., Hake R.D. Remote measurement SO2 and O3 by differential technique // J. Appl. Phys. 1975. V. 46, N. 5. P. 3019-3024

55. Megie G., Lefrere J., Chanin M., et al.Vertical profiles of stratospheric ozone by li-dar sounding from the ground //Nature. 1977. V. 270. P. 329-331

56. Gibson A.J., Thomas L. UV laser sounding of the troposphere and lower stratosphere // Nature. 1975. V. 256. P. 561-563.

57. Megie G., Lefrere J., et al. An operational multipurpose lidar facility for meteorological and atmospheric observations // Abstracts of the Symposium on the Appliance of Lidar to Atmospheric Radiosonde and Climate: IAMAP 3rd Scientific Assembly, Hamburg, FRG. 1982. P. 102-107.

58. Pelon J., Megie G. Lidar monitoring of the ozone vertical distribution in the troposphere and stratosphere // Abstracts of papers of 12th ILRC. Aix-en-Provance, France. 1984. P. 247-250.

59. Uchino O., Maeda M., Hirono M. Applications of excimer lasers to laser radar observations of the upper atmosphere // IEEE Journ. Quant. Electr. 1979. V. QE-15, N. 10. P. 1094-1107.

60. Uchino O., Maeda M., Shibata T. et al. Measurements of stratospheric vertical ozone distribution with XeCllidar, estimated influence aerosols // Appl. Opt. 1980. V. 19, N. 24. P. 4175-4181.

61. Werner J. Rothe K.W., Walther H. Monitoring of stratospheric ozone layer by laser radar // Appl. Phys. 1983. V. B32. N. 3. P. 113-118.

62. 55. Werner J. Rothe K.W., Walther H. Lidar measurements of the stratospheric ozone layer // Abstracts of papers of 12th ILRC. Aix-en-Provance, France. 1984. P. 225228.

63. Бурлаков В. Д., Ельников А.В., Зуев В.В., Маричев В.Н., Правдин В. Л., Шара-барин Е.В., Щеглов В.Б. Многочастотный лидар на базе приемного телескопа с диаметром 2,2 м для одновременного зондирования вертикального распределения озона и аэрозоля в стратосфере. // Оптика атмосферы и океана. 1992. T. 5. № 10. С. 1022-1027.

64. Зуев В.В., Ельников А.В., Бурлаков В.Д. Лазерное зондирование средней атмосферы // Под общ. ред. чл. - кор. РАН В.В. Зуева. - Томск: «ООО Издательство "РАСКО"». 2002. 352 с.

65. Carswell A.I., Pal S.R., Steinbrecht W., Whiteway J.A., Ulitsky A., Wang T.Y., Lidar measurements of the middle atmosphere // Can. J. Phys. 1991. V. 69. P. 1076-1086.

66. Stebel Kerstin, Hansen Georg H., Orsolini Yvan, Edvardsen Kâre. Comparison of GOMOS and MIPAS ozone profiles with lidar measurements from ALOMAR (69.28 N, 16.01 E) // Proceedings of the ENVISAT Validation Workshop(ESA SP-531). 2002. ISBN: 92-9092-841-7.

67. Liquan Yang, Jinhuan Qiu, Siping Zheng, Qilin Xia, Qirong Huang, Wenming Wang, Jidong Pan. Lidar Measurement of Aerosol, Ozone and Clouds in Beijing // Proceedings of SPIE. 2003. V. 4893. P. 45-51.

68. David C., Haefele A., Keckhut P., Marchand M., Jumelet J., Leblanc T., Cenac C., Laqui C., Porteneuve J., Haeffelin M., Courcoux Y., Snels M., Viterbini M., Quatrevalet M. Evaluation of stratospheric ozone, temperature, and aerosol profiles from the LOANA lidar in Antarctica // Polar Science. 2012. V. 6. Issues 3-4. P. 209-225.

69. Brinksma E.J., Swart D.P.J., Bergwerff J.B., Meijer Y.J., Ormel F.T. RIVM Stratospheric Ozone Lidar at NDSC Station Lauder: Routine Measurements and Validation During the OPAL Campaign // Advances in Atmospheric Remote Sensing with Lidar. 1996. Ch. 128. P. 529-532.

70. Shunxing Hu, Huanling Hu, Yonghua Wu, Jun Zhou, Fudi Qi and Guming Yue. Atmospheric ozone measured by differential absorptionlidar over Hefei // Proceedings of SPIE. 2003. V. 4893. P. 473-479.

71. Steinbrecht W., McGee T.J., Twigg L.W., Claude H., Sch'onenborn F., Sumnicht G. K. and Silbert D. Intercomparison of stratospheric ozone and temperature profiles during the October 2005 Hohenpeißenberg Ozone Profiling Experiment (HOPE) // Atmos. Meas. Tech. 2009. V. 2. Issue 1. P. 125-145.

72. McDermid I. Stuart, Walsh T. Daniel, Deslis Apostolos and Mary L. White Optical systems design for a stratospheric lidar system // Appl. Opt. 1995. V. 34. N. 27. P. 62016210.

73. Portafaix T., Godin-Beekmann S., Payen G., de Mazière M., Langerock B., Fernandez S., Posny F., Cammas J.P., Metzger J. M., Bencherif H., Vigouroux C., Marquestaut N. Ozone profiles obtained by DIAL technique at Maïdo Observatory in La Reunion Island: comparisons with ECC ozone-sondes, ground-based FTIR spectrometer and microwave radiometer measurements // The 27th International Laser Radar Conference (ILRC 27). 2016. P.05005.

74. Godin-Beekmanna S., Songa T., and Heeseb B. Long-term DIAL monitoring of the stratospheric ozone vertical distribution // Proceedings of SPIE. 2003. V. 4893. P. 251263.

75. Wolfram E.A., Salvador J., D'Elia R., Casiccia C., PaesLeme N., Pazmi~no A., Por-teneuve J., Godin-Beekman S., Nakane H. and Quel E. J. New differential absorption lidar for stratospheric ozone monitoring in Patagonia, South Argentina // Appl. Opt. 1998. V. 10. N. 10. P. 104021(7pp).

76. McDermid I. Stuart, Godin S. M., and Lindquist L. O. Ground-based laser DIAL system for long-term measurements of stratospheric ozone // Appl. Opt. 1990. V. 29. N. 25. P. 3603-3612.

77. Chan Bong Park, Hideaki Nakane, Nobuo Sugimoto, Ichiro Matsui, Yasuhiro Sasa-no, Yasumi Fujinuma, Izumi Ikeuchi, Jun-Ichi Kurokawa, and Noritaka Furuhashi. Algorithm improvement and validation of National Institute for Environmental Studies ozone differential absorption lidar at the Tsukuba Network for Detection of Stratospheric Change complementary station // Appl. Opt. 2006. V. 45. N. 15. P. 3561-3576.

78. Бурлаков В.Д., Долгий С.И. Невзоров А.В. Модернизация измерительного комплекса Сибирской лидарной станции // Оптика атмосферы и океана. 2004. T. 5. № 10. С. 1022-1027.

79. Pavlov A.N., Stolyarchuk S.Yu., Shmirko K.A. and Bukin O.A. Lidar Measurements of Variability of the Vertical Ozone Distribution Caused by the Stratosphere-Troposphere Exchange in the Far East Region // Atmospheric and Oceanic Optics. 2013. V. 26. N. 2. Р. 126-134.

80. Zhenyi Chen, Jiaoshi Zhang, Tianshu Zhang, Wenqing Liu & Jianguo Liu. Haze observations by simultaneous lidar and WPS in Beijing before and during APEC // Science China Chemistry. 2015. V. 58. Issue 9. P. 1385-1392.

81. Seabrook J., Whiteway J. Influence of mountains on Arctic tropospheric ozone // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2016. V. 121. Issue 4. P. 1935-1942.

82. Proffitt M.H., Andrew O.L. Ground-based differential absorption lidar system for day or night measurements of ozone throughout the free troposphere // Appl. Opt. 1997. V. 36. N. 12. P. 2568-2585.

83. Kuang S., Newchurch M.J., Burris J., Liu X. Ground-based lidar for atmospheric boundary layer ozone measurements // Appl. Opt. 2013. V. 52. N. 15. P. 3557-3566.

84. Kuang S., Newchurch M.J., Burris J., Johnson S., Long S. Differential Absorption Lidar to Measure Subhourly Variation of Tropospheric Ozone Profiles // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2011. V. 49. N. 1. P. 557-571.

85. Liu Xiaoqin*, Zhang Yinchao, Hu Huanling, Tan Kun, Tao Zongming, Shao shish-eng, Cao Kaifa, Fang xin, Yu Shihua. Mobile lidar for measurements of SO2 and 03 in the low troposphere // Proceedings of SPIE. 2005. V. 5832. P. 156-163.

86. Eisele H., Scheel H.E., Sladkovic R., Trickl T. High-Resolution Lidar Measurements of Stratosphere-Troposphere Exchange // Journal of the Atmospheric Sciences. 1999. V. 56. P. 319-330.

87. Trickl T., Vogelmann H. Combined Dial Sounding of Ozone, Water Vapour and Aerosol // The 27th International Laser Radar Conference (ILRC 27). 2016. P. 21004. DOI: 10.1051/ epjconf/201611921004.

88. Uchino O., Sakai T., Nagai T., Morino I., Maki T., Deushi M., Shibata K., Kajino M., Kawasaki T., Akaho T., Takubo S., Okumura H., Arai K., Nakazato M., Matsunaga T., Yokota T., Kawakami S., Kita K., and Sasano Y. DIAL measurement of lower tropospheric ozone over Saga (33.24° N, 130.29° E) // Atmos. Meas. Tech.2014 V. 7. Issue 5. P. 1385-1394.

89. Baray J.-L., Courcoux Y., Keckhut P., Portafaix T., Tulet P., Cammas J.-P., Hauchecorne A., Godin Beekmann S., De Mazière M., Hermans C., Desmet F., Sellegri K., Colomb A., Ramonet M., Sciare J., Vuillemin C., Hoareau C., Dionisi D., Duflot V., Vérèmes H., Porteneuve J., Gabarrot F., Gaudo T., Metzger J.-M., Payen G., Leclair de Bellevue J., Barthe C., Posny F., Ricaud P., Abchiche A., Delmas R. Maïdo observatory: a new high-altitude station facility at Reunion Island (21 S, 55 E) for long-term atmospheric remote sensing and in situ measurements // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6. Issue 10. P. 2865-2877.

90. Sullivan J.T., McGee T.J., Sumnicht G.K., Twigg L.W., Hoff R. M. A mobile differential absorption lidar to measure sub-hourly fluctuation of tropospheric ozone profiles in the Baltimore-Washington, D.C. region // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7. Issue 10. P. 3529-3548.

91. Sullivan J.T., McGee T.J., DeYoung R., Twigg L. W., Sumnicht G. K., Pliutau D., Knepp T., Carrion W. Results from the NASA GSFC and LaRC Ozone Lidar Intercom-

parison: New Mobile Tools for Atmospheric Research // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2015. V. 32. N. 10. P. 1779-1795.

92. Langford A.O., Senff C.J., Alvarez R.J., Banta R.M., Hardesty R.M., Parrish D.D., Ryerson T.B. Comparison between the TOPAZ Airborne Ozone Lidar and In Situ Measurements during TexAQS 2006 // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2011. V.28. N. 10. P. 1243-1257.

93. Gaudel A., Ancellet G., Godin-Beekmann S. Analysis of 20 years of tropospheric ozone vertical profiles by lidar and ECC at Observatoire de Haute Provence (OHP) at 44N, 6.7E // Atmospheric Environment. 2015. V. 113. P. 78-89.

94. TetsuoFukuchi, TakuyaNayuki, NianwenCao, TakashiFujii, KoshichiNemoto. Hideto Mori, Nobuo Takeuchi. Differential absorption lidar system for simultaneous measurement of O3 and NO2 :system development and measurement error estimation // Proceedings of Opt. Eng. 2003. V. 42. N. 1. P. 98-104.

95. McDermid I.S., Beyerle G., Haner D.A., Leblanc T. Redesign and improved performance of the tropospheric ozone lidar at the Jet Propulsion Laboratory Table Mountain Facility // Appl. Opt. 2002. V. 41. N. 36. P. 7550-7555.

96. Veselovskii I., Barchunov B. Excimer-laser-based lidar for tropospheric ozone monitoring // Appl. Phys. 1999. V. 68. Issue 6. P. 1131-1137.

97. Бурлаков В.Д., Долгий С.И., Невзоров А.А., Невзоров А.В., Романовский О.А., Харченко О. В. Лидарное зондирование озона в верхней тропосфере нижней стратосфере: методика и результаты измерений // Известия Томского политехнического университета. Т. 326. № 9. 2015. С. 124-132.

98. Michail Mytilinaios, Alexandros Papayannis, and Georgios Tsaknakis Lower-free tropospheric ozone DIAL measurements over Athens, Greece // EPJ Web of Conferences 176. 05025 (2018).

99. Зуев В.В., Катаев М.Ю., Маричев В.Н. Методика восстановления профилей озона из данных УФ-лидара: коррекция на аэрозольную и температурную стратификацию. // Оптика атмосферы и океана. 1997. Т. 10. № 09. С. 1103-1111.

100. Бойченко И.В., Зуев В.В., Катаев М.Ю., Маричев В.Н., Мицель А.А. Информационная система для обработки, анализа и хранения стратосферных оптических измерений // Оптика атмосферы и океана. 1999. Т. 12. № 5. С. 134-141.

101. Бондаренко С.Л. Восстановление характеристик стратосферного озонового слоя по экспериментальным данным. - Кандидатская диссертация. 2002. Барнаул. 136 с.

102. Бойченко И.В., Катаев М.Ю., Маричев В.Н. Программная система обработки данных лидарного зондирования стратосферы. // Гидрология и метеорология. 2007. № 9. С. 90-99.

103. Бойченко И. В., Катаев М. Ю. Программная система моделирования отраженного от поверхности Земли солнечного излучения // Докл. Том. гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники. 2009. № 1 (19), ч. 1. С. 88-95.

104. Leblanc Th., Sica R.J., van Gijsel J.A.E., Godin-Beekmann S., Haefele A., Trickl Th., Payen G., Gabarrot Fr. Proposed standardized definitions for vertical resolution and uncertainty in the NDACC lidar ozone and temperature algorithms - Part 1: Vertical resolution // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9. P. 4029-4049.

105. Бобровников С.М., Г.Г. Матвиенко, О.А. Романовский, И.Б. Сериков, А.Я. Суханов. Лидарный спектроскопический газоанализ атмосферы Т.: Издательство ИОА СО РАН. 2014. 508 с.

106. Lidar. Range-Resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere - Series: Springer Series in Vol. 102. Weitkamp, Claus (Ed.). 2005. 460 p.

107. El'nikov A.V., Zuev V.V., Marichev V.N., Tsaregorodtsev S.I. First results of lidar observations of stratospheric ozone above western siberia. // Atmospheric and oceanic optics. 1989. V. 2. N. 09. P. 841-842.

108. Bukreev V.S., Vartapetov S.K., Veselovskii I.A., Galustov A.S., KovalevYu.M., Prokhorov A.M., Svetogorov E.S., Khmelevtsov S.S., Lee Ch.H. Excimer-laser-based lidar system for stratospheric and tropospheric ozone measurements // QUANTUM ELECTRON. 1994.V. 24. N 6. P. 546-551.

109. Бурлаков В.Д., Долгий С.И., Невзоров А.А., Невзоров А.В., Романовский О.А. Восстановление профилей вертикального распределения концентрации озона из данных лидарного зондирования // Известия ВУЗов. Физика. 2015. Т. 58. № 8. C.70-76.

110. Невзоров А.В., Невзоров А.А., Долгий С.И., Романовский О.А. / Лидар для зондирования озона в верхней тропосфере - нижней стратосфере // Патент на полезную модель № 181160 от 05.07.2018, Патентообладатель: ИОА СО РАН.

111. Невзоров А.А., Надеев А.И., Зайцев Н.Г., Невзоров А.В. / Программа управления счетчиком фотонов "PHCount6/2" и автоматизированным оптико-механическим юстировочным узлом // Свидетельство Роспатента о государственной регистрации программ для ЭВМ. - 2019. № 2019612198 от 13.02.2019, Патентообладатель: ИОА СО РАН.

112. Долгий С.И., Невзоров А.А., Невзоров А.В., Макеев А.П., Романовский О.А., Харченко О.В. Лидарный комплекс для измерения вертикального распределения озона в верхней тропосфере - стратосфере. // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31. № 09. С. 764-770.

113. Бондаренко С.Л., Ельников А.В., Зуев В.В. Влияние оптических характеристик аэрозоля на результаты лазерного зондирования озона при аэрозольной коррекции исходных данных. // Оптика атмосферы и океана. 1993. Т. 6. № 10. С. 12681277.

114. Ельников А.В., Зуев В.В. Двухчастотное лазерное зондирование озона стратосферы в условиях ее сильного аэрозольного наполнения. // Оптика атмосферы и океана. 1992. Т. 5. № 10. С. 1050-1054.

115. Gorshelev V., Serdyuchenko A., Weber M., Chehade W., and Burrows J. P.High spectral resolution ozone absorption cross-sections - Part 1: Measurements, data analysis and comparison with previous measurements around 293 K // Atmos. Meas. Tech. 2014. V.7. Issue. 2. P. 609-624.

116. Serdyuchenko A., Gorshelev V., Weber M., Chehade W., and Burrows J. P.High spectral resolution ozone absorption cross-sections - Part 2: Temperature dependence // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7. Issue. 2. P.625-636.

117. Malicet J., Daumont D., Charbonnier J., Parisse C., Chakir A., Brion J.Ozone UV spectroscopy. II. Absorption cross-sections and temperature dependence // Journal of Atmospheric Chemistry. 1995. V. 21. N. 3. P. 263-273.

118. Zhu H., Qu Z.W., Grebenshchikov S.Y., Schinke R., Malicet J., Brion J., Daumont D. The Huggins band of ozone: Assignment of hot bands // Journal of Chemical Physics. 2005. V. 122. N. 2. Article Number 024310.

119. В. Е. Зуев, В. С. Комаров. Статистические модели температуры и газовых компонент атмосферы. - Л.: Гидрометеоиздат. 1986. 264 с.

120. Ельников А.В., Маричев В.Н., Шелевой К.Д., Шелефонтюк Д.И. Лазерный локатор для исследования вертикальной стратификации аэрозоля. // Оптика атмосферы и океана. 1988. Т. 1. № 04. С. 117-123.

121. Zuev V.V., Zuev V.E., Makushkin Yu.S., Marichev V.N., and Mitsel A.A. Laser sounding of atmospheric humidity: experiment // Applied Optics. 1983. V. 22. Issue 23. P. 3742-3746.

122. Невзоров А.В., Невзоров А.А., Романовский О.А. Программа для восстановления высотных профилей озона из данных лазерного зондирования атмосферы // Свидетельство Роспатента о государственной регистрации программ для ЭВМ. -2014. № 2014661049 от 4.09.2014, Патентообладатель: ИОА СО РАН.

123. Joe W. Waters, Lucien Froidevaux, Robert S. Harwood, Robert F. Jarnot, Herbert M. Pickett, William G. Read, Peter H. Siegel, Richard E. Cofield, Mark J. Filipiak, Dennis A. Flower, James R. Holden, Gary K. Lau, Nathaniel J. Livesey, Gloria L. Manney, Hugh C. Pumphrey, Michelle L. Santee, Dong L. Wu, David T. Cuddy, Richard R. Lay, Mario S. Loo, Vincent S. Perun, Michael J. Schwartz, Paul C. Stek, Robert P. Thurstans, Mark A. Boyles, Kumar M. Chandra, Marco C. Chavez, Gun-Shing Chen, Bharat V. Chudasama, Randy Dodge, Ryan A. Fuller, Michael A. Girard, Jonathan H. Jiang, Yibo Jiang, Brian W. Knosp, Remi C. LaBelle, Jonathan C. Lam, Karen A. Lee, Dominick Miller, John E. Oswald, Navnit C. Patel, David M. Pukala, Ofelia Quintero, David M. Scaff, W. Van Snyder, Michael C. Tope, Paul A. Wagner, and Marc J. Walch The Earth Observing System Microwave Limb Sounder (EOS MLS) on the Aura Satellite // IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING. 2006. V. 44. N. 5. P. 1075-1092.

124. URL:https://avdc.gsfc.nasa.gov/pub/data/satellite/Aura/MLS/

125. Clerbaux C., Boynard A., Clarisse L., George M., Hadji-Lazaro J., Herbin H., Hurtmans D., Pommier M., Razavi A., Turquety S., Wespes C., and Coheur P.-F. Monitoring of atmospheric composition using the thermal infrared IASI/MetOp sounder // At-mos. Chem. Phys. 2009. V. 9. N 16. P. 6041-6054.

126. Matvienko G.G., Belan B.D., Panchenko M.V., Romanovskii O.A., Sakerin S.M., Kabanov D.M., Turchinovich S.A., Turchinovich Y.S., Eremina T.A., Kozlov V.S., Ter-pugova S.A., Pol'kin V.V., Yausheva E.P., Chernov D.G., Zhuravleva T.B., Bedareva T.V., Odintsov S.L., Burlakov V.D., Nevzorov A.V., Arshinov M.Y., Ivlev G.A., Savkin

D.E., Fofonov A.V., Gladkikh V.A., Kamardin A.P., Balin Y.S., Kokhanenko G.P., Penner I.E., Samoilova S.V., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Davydov D.K., Kozlov A.V., Pestunov D.A., Rasskazchikova T.M., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Belan S.B., Shmargunov V.P., Kozlov A.S., and Malyshkin S.B. Complex experiment on studying the microphysical, chemical, and optical properties of aerosol particles and estimating the contribution of atmospheric aerosol-to-earth radiation budget // At-mos. Meas. Tech.2015. V. 8. N 10. P. 4507-4520.

127. Невзоров А.А., Романовский О.А. / Программа обращения данных стпутника AURA в профили вертикального распределения концентрации озона // Свидетельство Роспатента о государственной регистрации программ для ЭВМ. - 2018. № 2018618195. от 10.07.2018. Патентообладатель: ИОА СО РАН.

128. E. Vigroux Contribution à l'étude expérimentale de l'absorption de l'ozone // Annales de Physique. 1953. V. 8. P. 709-762.

129. McPeters R.D., Bass A.M. Anomalous atmospheric spectral features. between 300 and 310 nm interpreted in the light of new ozone absorption. coefficient measurements // Geoph. Res. Lett. 1982. V. 9. N. 3. P. 227-230.

130. Simons J.W., Paur R.J., Webster H.A. and Bair E.J. Ozone photolysis. VI. The ultraviolet spectrum // J. Chem. Phys. 1973. V. 59. N. 3. P. 1203-1208.

131. Krueger A.J., Minzner R.A. Mid-latitude ozone model for the 1976 U.S. Standard Atmosphere // J. Geophys. Res. 1976. V. 81. № D24. P. 4477-4481.

132. Stohl A., Bonasoni P., Cristofanelli P., Collins W. Strato- sphere-troposphere exchange: A review, and what we have learned from STACCATO // J. Geophys. Res. D. 2003. V. 108. N. 12. P. STA1/1-STA1/15.

133. Куколева А.А. Оценки потоков озона через поверхность тропопаузы при ме-зомасштабных процессах // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2002. Т. 38. № 5. С. 683-693.

134. Galani E., Balis D., ZanisP., Zerefos C., Papayannis A., Wemli H., Gerasopoulos E. Observations of strato- sphere-to-troposphere transport events over the eastern Mediterranean using a ground-based lidar system // J. Geophys. Res. D. 2003. V. 108. N. 12. P. STA12/1- STA12/10.

135. Roelofs G.J., Kentarchos A.S., Trickl T., Stohl A., Col lins W.J., Crowther R.A., Hauglustaine D., Klonecki A., Law K.S., Lawrence M.G., von Kuhlmann R., van Weele

M. Intercomparison of tropospheric ozon models: Ozone transport in a complex tropo-pause folding event // J. Geophys. Res. D. 2003. V. 108. N. 12. P. STA14/1- STA14/13.

136. http://weather.uwyo .edu/upperair/sounding.html

137. Pommier M.,Clerbaux C., Law K. S., Ancellet G., Bernath P., Coheur P.-F., Hadji-Lazaro J., Hurtmans D., Nedelec P., Paris J.-D., Ravetta F., Ryerson T. B., Schlager H., and Weinheimer A. J. Analysis of IASI tropospheric O3 data over Arctic during PO-LARCAT campaigns in 2008 // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12. N. 16. P. 7371-7389.

138. Gazeaux J., Clerbaux C., George M., Hadji-Lazaro J., Kuttippurath J., Coheur P.-F., Hurtmans D., Deshler T., Kovilakam M., Campbell P., Guidard V., Rabier F., and Thepaut J.-N. Intercomparison of polar ozone profiles by IASI/MetOp sounder with 2010 Concord iasi ozonesonde observations // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6. N. 3. P. 613620.

139. Viatte C., Schneider M., Redondas A., Hase F., Eremenko M., Chelin P., Flaud J.-M., Blumenstock T. and Orphal J. Comparison of ground-based FTIR and Brewer O3 total column with data from two different IASI algorithms and from OMI and GOME-2 satellite instruments // Atmos. Meas. Tech. 2011.V. 4. N. 3. P. 535-546.

140. Arshinov M. Yu., Afonin S. V., Belan B. D., Belov V. V., Gridnev Yu. V., Da-vydov D. K., Nedelec P., Paris J.-D., and Fofonov A. V. Comparison between Satellite Spectrometric and Aircraft Measurements of the Gaseous composition of the Troposphere over Siberia during the Forest Fires of 2012 // Atmospheric and oceanic op-tics.2014.V. 50. №. 9.P. 916-928.

141. Jiang Y.B., Froidevaux L., Lambert A., Livesey N.J., Read W. G., Waters J.W., Bojkov B., Leblanc T., McDermid I.S., Godin-Beekmann S., Filipiak M.J., Harwood R.S., Fuller R.A., Daffer W.H., Drouin B.J., Cofield R.E., Cuddy D.T., Jarnot R.F., Knosp B.W., Perun V.S. Schwartz M.J., Snyder W.V., Stek P.C., Wagner P.A., Allaart M., Andersen S.B., Bodeker G., Calpini B., Claude H., Coetzee G., Davies J., De Backer H., Dier H., Fujiwara M., Johnson B., Kelder H., Leme N. P., König-Langlo G., Kyro E., Laneve G., Fook L. S., Merrill J., Morris G., Newchurch M., Oltmans S., Parrondos M. C., Posny F. Schmidlin F., Skrivankova P., Stubi R., Tarasick D., Thompson A., Thouret V., Viatte P., Vömel H., von Der Gathen P., Yela M., Zablocki G.: Validation of Aura Microwave Limb Sounder Ozone by ozonesonde and lidar measurements // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. doi.org/10.1029/2007JD008776.

142. August T., Klaes D., Schlüssel P., Hultberg T., Crapeau M., Arriaga A., O'Carroll A., Coppens D., Munro R., Calbet X. IASI on Metop-A: Operational Level 2 retrievals after five years in orbit // J. Quant. Spectrosc.and Radiat. Transfer. 2012. V. 113, N 11. P. 1340-1371.

143. С.И. Долгий, А.А. Невзоров, А.В. Невзоров, О.А. Романовский, О.В. Харченко Лидарная система дифференциального поглощения для измерения озона в верхней в верхней тропосфере - стратосфере» // Журнал прикладной спектроскопии. 2018. Т. 85. № 6. C. 992-998.

144. Kirgis G., Leblanc T., McDermid I. S., and Walsh T. D.: Stratospheric ozone inter-annual variability (1995-2011) as observed by lidar and satellite at Mauna Loa Observatory, HI and Table Mountain Facility, CA // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 50335047. doi.org/10.5194/acp-13-5033-2013.

145. Nair P.J., Godin-Beekmann S., Froidevaux L., Flynn L.E., Zawodny J.M., Russell III J.M., Pazmino A., Ancellet G., Steinbrecht W., Claude H., Leblanc T., McDermid S., van Gijsel J. A. E., Johnson B., Thomas A., Hubert D., Lambert J.-C., Nakane H., and Swart D. P. J.: Relative drifts and stability of satellite and ground-based stratospheric ozone profiles at NDACC lidar stations // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5. P. 1301-1318. doi.org/10.5194/amt-5-1301-2012.

146. Dolgii, S.I., Nevzorov, A.A., Nevzorov, A.V., Romanovskii, O.A., and Kharchen-ko, O.V.: Intercomparison of ozone vertical profile measurements by differential absorption lidar and IASI/MetOp satellite in the upper troposphere-lower stratosphere // Remote Sensing. 2017. V. 9. P. 447-462. doi:10.3390/rs9050447.

147. Маричев В.Н., Бочковский Д.А. Результаты исследования внутригодовой изменчивости наполнения стратосферы фоновым аэрозолем над Томском по данным лидарных измерений в 2011-2015 гг. // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 07. С. 605-615.

Приложение

«УТВЕРЖДАЮ»

ia ИОА СО РАН

ю HP, д.ф.-м.н.

Белан Б.Д.

^ 2019 г.

Акт

об использовании программ, разработанных м.н.с Научно-образовательного центра ИОА СО РАН Невзоровым Алексеем Алексеевичем в составе измерительного комплекса Сибирской лидарной станции ИОА СО РАН.

Настоящий акт составлен в том, что в составе измерительного комплекс Сибирской лидарной станции Института оптики атмосферы СО РАН, функционирующий в режиме регулярных наблюдений, используются следующие, разработанные Невзоровым A.A., программы:

1. программа для восстановления высотных профилей озона из данных лазерного зондирования атмосферы;

2. программа управления счетчиком фотонов «PHCount 6/2» и автоматизированным оптико-механическим юстировочным узлом;

3. программа обращения данных спутника AURA в профили вертикального распределения концентрации озона.

Программы были использованы в ИОА СО РАН при выполнении работ по календарному плану стипендии президента РФ СП-3926.2018.3 по направлению «Космические технологии, связанные с телекоммуникациями, включая и ГЛОНАСС, и программу развития наземной инфраструктуры».

Заведующий Центра лазерного зондирования атмосферы

ИОА СО РАН

д.ф.-м.н.

Бобровников С.М.