WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 64 |

Приборы и методы контроля и мониторинга воздействия автотранспорта на атмосферный воздух северных городов

-- [ Страница 14 ] --

регулируется таким образом, чтобы спектральное окно принимало только часть спектра флуоресценции. В этих обстоятельствах волновой интеграл может быть аппроксимирован факторной формой:

где длина волны флуоресценции является центром оптической полосы приемника, коэффициент характеризует потери в приемной оптике:

определяет долю регистрируемой флуоресценции в интервале длин волн :

Далее мы предполагаем, что граница исследуемой мишени лежит на расстоянии R от лидара. При взятии радиального интеграла необходимо учитывать особенности поведения плотности N i R, t (см. 2.30-а, 2.30-б). Район от R0 до точки зондирования R= ct/2 должен быть разбит на два интервала. В первом, от R до R* = c(t-t0)/2, плотность растет, достигая максимума при R*; во втором, от R* до R0, плотность спадает с характерным временем ti. Временная форма импульса флуоресценции показана на рис. 10. Выполняя указанное разбиение района интегрирования, учитывая сделанные приближения и определяя все промежуточные величины, для энергии сигнала получаем:

в оптике. При интегрировании геометрический фактор был вынесен за знак интеграла в виде предполагаемой слабой его пространственной зависимости в районе зондирования профиль сигнала в флуоресцирующей среде, имеет вид:

предполагаемый постоянным по району интегрирования. Взятие интегралов берется вдоль пространственно-временного пути: пространственный интеграл от А до С, временной от А до А' (рисунок 10). Пространственное разрешение ограничено величиной:

Проведя минимальные преобразования, выражение (2.32) можно представить в виде:

где фактор дающий поправку на конечное время жизни флуоресцирующей мишени, имеет вид:

В такой форме это выражение напоминает, за исключением поправочного фактора лидарное уравнение для сигнала рассеяния, в котором:

На энергетические характеристики лазерного излучения, распространяющегося в молекулярное и аэрозольное рассеяние, а также флуктуационные явления, обусловленные турбулентностью [105,108,109,134,136,145]. Поглощение излучения носит селективный характер. Выбором длины волны зондирующего излучения этот эффект можно свести к минимуму и не учитывать по сравнению с другими факторами, влияющими на ослабление лазерного луча. В этом случае доминирующим процессом, определяющим обратный сигнал на лазерной частоте, является упругое рассеяние. Лидарное уравнение имеет следующий вид:

уравнение удобно переписать в виде:

1 2 ctoKP0 A константа калибровки; S R P R R g R так называемая Sгде функция лидара, представляющая сигнал, скорректированный на квадрат расстояния и геометрический фактор; лидарное отношение. В основе изучения атмосферных параметров лежит решение лидарного уравнения. Однако, оно недоопределено, так как становится возможным только после введения дополнительной априорной информации или упрощающих предположений. При незначительной концентрации аэрозолей ( dм), что характерно, например, для верхних слоев атмосферы, лидарное уравнение становится практически определенным. В этом случае сигнал, приходящий на приемник, обусловлен рэлеевским рассеянием. Для этого процесса лидарное отношение постоянно и равно b=0.119. Решение -лидарного уравнения тогда однозначно связано с плотностью воздуха через известное сечение процесса, что само по себе является важной информацией. Кроме того, если появляются отклонения плотности от стандартной модели атмосферы, то они могут быть обусловлены вкладом в рассеяние аэрозолей. Поэтому в первых экспериментах по одночастотному зондированию стратосферы и мезосферы были предприняты попытки одновременного определения положения аэрозольных слоев и измерения плотности атмосферы. Измерения, в частности, указали на существование в атмосфере усиленного обратного рассеяния до высоты в 10 км и в промежутке от 16 до 25 км. Эти данные были получены с пространственным разрешением, типичным для аэрозольного зондирования, Исследование загрязненности, атмосферного воздуха аэрозолями является наиболее важным практическим применением метеорологической лазерной локации. Высокий уровень рассеянного излучения вблизи локализованных источников атмосферных аэрозолей (трубы предприятий энергетики и промышленных производств, карьеры с открытым способом разработки и т.п.) обычно свидетельствуют об искусственном происхождении рассеивателей. Заключение о распространении аэрозолей промышленного происхождения можно сделать на основе достаточного количества лидарных измерений. При этом необходимым являются статистические измерения аэрозольного фона.

При зондировании аэрозоля характерным является вариация параметров рассеяния вдоль трассы. [105,108,109,134,136,145]Для оперативного получения и информации, однако, широко используется предположение о постоянстве лидарного отношения. Мы остановимся здесь на простейших из известных приемов решения лидарного уравнения - метод логарифмической производной является одним из них. В его основе, кроме указанного, лежит дополнительное предположение о постоянстве коэффициента рассеяния, так что метод справедлив только для однородных трасс ( = const, b = const). Решение в этом методе получают взятием логарифма от лидарной функции ln S ln ln b ln 2R, где учтено, что при = const, = R.

Разность логарифмов, взятых в двух произвольных точках, дает решение в виде:

Точки R1 и R2 должны быть разнесены по трассе настолько, чтобы числитель был достаточно большим. Это решение не требует знания о лидарном отношении и константе калибровки. Если последняя известна, то может быть определено и b. Условие однородности не является типичным в практике зондирования. В случае квазиоднородных трасс этот метод, однако, используют для быстрого получения оценки. В дальнейшей более корректной обработке сигнала она может быть использована в качестве первого приближения.





Такое название получил способ решения лидарного уравнения, основанный на вычислении интеграла от S-функции на некотором участке трассы (R1, R2):

Здесь, как и в любом другом варианте метода интегрального накопления, допускается вариация параметров рассеяния вдоль трассы зондирования. Однако в целях простоты мы продолжаем пользоваться предположением о постоянстве в b(R) b = const.

Тогда для Ф-функционала имеем:

Взяв в качестве R1 любую точку на трассе R и устремляя R2, что для бесконечно Это соотношение приводит к рабочей формуле метода асимптотической квадратуры:

Реальное интегрирование здесь проводится до некоторого расстояния Rmax, откуда еще можно получить сигнал. Поэтому область применимости формулы (2.39) определяется оптической толщей по трассе от 0 до Rmax. С помощью (2.37) и (2.38) нетрудно показать, что относительная ошибка определения асимптотического значения составляет:

равной 13%. Поэтому пользоваться формулой (2.39) удобно при зондировании оптически плотных образований мощным лидаром, способным принимать сигналы от участков, оптически удаленных на = 3-4. Тогда с помощью этой формулы можно с удовлетворительной точностью восстановить профиль (R) до = 2-3. Фиксируя нижний предел в точке R=0, так что (0) = 0, получаем важное следствие формулы (2.53):

позволяющее определить одну из двух величин и b, если известна другая. Как уже отмечалось, при приближении расстояния зондирования к максимально возможной величине Rmах решение расходится. Это означает, что применение формулы (2.39) не гарантирует от значительных ошибок восстановления (R) при толщах 1. На точность описания профиля (R) также влияет невыполнение условия постоянства лидарного отношения вдоль трассы. В частности, за счет этого может оказаться смещенной оценка асимптотического значения (R, ). Наконец, третье обстоятельство, имеющее место при любом алгоритме обработки, заключается в структуре лидарного уравнения. Она такова, что его решение очень чувствительно к ошибкам измерения или задания априорной информации по мере увеличения оптической толщи трассы от лидара до исследуемого объема атмосферы. Это связано с тем, что экспоненциальное убывание функции пропускания с ростом при, относительно постоянном уровне флуктуации сигнала, приводит к быстрому нарастанию относительного веса ошибок информация о сигнале теряется в шумах. Это приводит к «раскачке» решения. Поэтому для проведения более надежного анализа измерений необходимо привлекать хотя и усложненные, но более корректные алгоритмы решения. В частности, регуляризацией удается значительно снизить указанные нежелательные эффекты и повысить точность определения (R) на оптически удаленных участках трассы зондирования. Это обстоятельство делает метод асимптотической квадратуры удобным для использования при зондировании атмосферных аэрозолей.

Одним из параметров, по которым оценивают степень загрязненности атмосферного воздуха промышленными выбросами, является массовая концентрация аэрозоля M. При распределения частиц по размерам f(x) можно оценить М для однородного аэрозоля по формуле:

Коэффициент пропорциональности в теории Ми сложным образом зависит от аэрозольных микропараметров. В предельном случае больших значений параметра Ми, его расчет, однако, упрощается до вычисления выражения:

Для крупнокапельных аэрозольных образований (туман, облака) распределение частиц по размерам описывается 4-х параметрическим -распределением:

где А0,, A1, v параметры, которые можно определить экспериментально.

Выполняя интегрирование в (2.41), получаем:

здесь dт модальный радиус, равный dm A1v, Г(x) гамма-функция.

Таблица 18 - Коэффициент для некоторых аэрозольных моделей Тип аэрозоль В таблице 18 представлены рассчитанные коэффициенты для некоторых моделей функций распределения аэрозолей. Как видно, параметр значительно варьируется в зависимости от типа аэрозоля. Следовательно, оценка массовой концентрации (например, водность облаков) по коэффициенту рассеяния может значительно отличаться, если нет данных о микроструктуре аэрозоля. При известном модальном радиусе, например, точность оценок может значительно повыситься.

Загрязнение воздушных бассейнов происходит в результате выбросов аэрозолей многочисленными разнотипными источниками, что приводит к неоднородности аэрозоля и значительным вариациям его микрофизических параметров. Поэтому в реальных условиях наличие антропогенных веществ вызывает значительные отклонения коэффициента от теоретических модельных оценок и таким образом может быть обнаружено. С целью получения количественных данных о характеристиках выбросов (коэффициент, мощность выброса) необходимо проводить комплексные измерения: оптических параметров с помощью лидара, массовой концентраций путем забора пробы воздуха вблизи лидара с последующей прокачкой через фильтры и взвешиванием. Аппроксимация результатов сравнения величин М и линейной зависимостью определяет наклон; а по наклону оценку. Данные, полученные в таких экспериментах, помогают оценить массу аэрозоля, поступающего в атмосферу, при проведении независимых лидарных наблюдений, например, за дымовыделением. Кроме того, они проливают свет на микроструктуру аэрозоля, привлекая для этого модельные представления. В связи с этим отметим здесь следующие возможности изучения атмосферных аэрозолей при лидарном одночастотном зондировании:

1) определение относительной интенсивности и пространственной протяженности аэрозоля;

2) исследование динамики аэрозольных слоев, изучение распределения аэрозольных облаков;

3) получение отдельных сведений о распределении концентрации аэрозоля.

Реализация последней возможности требует введения априорной модели распределения частиц по размеру, форме, химическому составу. Дополнительную информацию о микроструктуре аэрозоля можно получить при многочастотном зондировании.

В зависимости от типа облачности аэрозоли антропогенного происхождения могут либо интенсифицировать осадки, либо приводить к перераспределению облачных частиц.



Pages:     | 1 |   ...   | 12 | 13 || 15 | 16 |   ...   | 64 |
 


Похожие работы:

« ЛЮБЧИК АННА НИКОЛАЕВНА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук, профессор Е.И. Крапивский САНКТ-ПЕТЕРБУРГ -2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ...»

« ПЕНКИН КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СТАДИИ СИНТЕЗА ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛАМИНОВ И РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ СИСТЕМ КОРРЕКЦИИ ЕГО ФРАКЦИЙ НА ОСНОВЕ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Сажин С.Г. Дзержинск – 2014 г. 2 Оглавление Введение Глава 1. Анализ ...»

« ПЕНКИН КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ Математические модели стадии синтеза этаноламина и разработка оптимальных систем коррекции его фракций Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Сажин С.Г. Дзержинск – 2014 г. 2 Оглавление Введение Глава 1. Анализ технологического процесса синтеза этаноламинов как ...»

«Величко, Александр Павлович Разработка ИК­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы Москва Российская государственная библиотека diss.rsl.ru 2007 Величко, Александр Павлович.    Разработка ИК­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы [Электронный ресурс] : дис. . канд. техн. наук : 05.11.13. ­ Москва: РГБ, 2007. ­ (Из фондов Российской ...»

« Пастухов Юрий Викторович ИНФОРМАЦИОННО – ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОМЫШЛЕННОЙ КОРРОЗИИ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении) Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – докт. техн. наук, профессор Муха Ю. П. Волгоград - 2014 2 Оглавление Введение.... 5 Глава 1. Современное состояние ...»

« Фесько Юрий Александрович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ФОРМЫ ОБЪЕКТОВ 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук, профессор Тымкул Василий Михайлович Новосибирск – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 1 Аналитический обзор научно-технической и патентной литературы по оптическим и оптико-электронным ...»

« ЛАРИН АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ СПОСОБЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Специальность: 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель -кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бакулин В.Н. Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Резниченко В.И. Москва 2013 2 Содержание ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.