RU727008C - Способ определени температуры атмосферы - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к способам зондировани  атмосферы излучением оптического диапазона, в частности к способам определени  температуры, и может быть использовано при метеорологических измерени х .. .

Известны способы зондировани  атмосферы путем посылки в нее коротких импульсов оптического излучени  и приема обратно рассе нных потоков спонтанного комбинационного рассе ни  (СКР). Дл  измерени  температуры атмосферы из СКР выдел ют излучени  стоксовой и антистоксовой компонент колебательного спектра на молекулах азота или кислорода воздуха и по соотношению интенсивностей этих излучений суд т о температуре в зондируемом обьеме, дальность до которого определ ют по временной задержке между посылаемым и принимаемым излучени ми.

Недостаток этого способа заключаетс  8 сложности технической реализации, так как интенсивность антистоксовой колебательной компоненты СКР в атмосфере при

существующих энерги х излучений очень слаба.

Известны также способы определени  : температуры атмосферы путем измерени  в обратнорассе нном излучении интенсивностей в полосах чисто вращательного спектра СКР воздуха. При этом интенсивности измер ют в двух участках, выдел емых либо только в стоксовой, либо только в антистоксовой полосе, либо один выбирают в стоксовой , а другой - в антистоксовой полосе.

В известных способах определени  температуры один из участков необходимо выбирать в област х, отсто щих друг от друга на 100 см Дл  работы в столь узких спектральных интервалах, когда выдел емые участки отсто т друг от друга и от возбуждающей линии на 30-100 см требуетс  аппаратура с высоким спектральным разрешением при большой светосиле, что усложн ет способ.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ, сущность которого заключаетс  в том, что в атмосферу посылают монохроматическое излучение, принимают рассе нное атмосферой, выдел ют в нем полосы чисто вращательного спектра СКР и определ ют его интенсивность. При реализации способа один из участков необходимо выбирать в области с частотой 10-70 см .а другой- в области с частотой 90-170 см Участки незначительно разнесены между собой. Кроме того, один из них расположен в непосредственной близости, в 30-40 см от линии возбуждаюш1его излучени , сигнал рассе ни  на которой на 6-8 пор дков выше сигналов СКР. Необходимость выделени  узких участков спектра и отсечки мощного сигнала помехи при работе в небольшом спектральном диапазоне требует применени  спектральных приборов высокого разрешени . Недостатком известного способа  вл етс  сложность технической реализации и работы с аппаратурой. Целью изобретени   вл етс  упрощение технической реализации способа. Поставленна  цель достигаетс  тем, что по предлагаемому способу определени  температуры атмосферы, заключающемус  в посылке в атмосферу монохроматического излучени , измерении интенсивности в полосе чисто вращательного спектра обратнорассе нного СКР, измер ют также интенсивность в участке колебательного спектра СКР и по отношению интенсивностей вращательного и колебательного спектров суд т о тегдпературе атмосферы. Использование колебательного спектра СКР молекул азота, спектрально отсто щего .от возбуждающей линии нз 2331 см или кислорода, имеющего спектральный сдвиг в 1556 см , позвол ет выбирать дл  измерени  интенсивности в чисто вращательном спектре одну область 90-170 см Выдел емые дл  реализации способа спектральные компоненты СКР значительно разнесены друг от друга и от длины волны возбуждающего излучени . Это позвол ет применить спектральную аппаратуру с меньшим спектральным разрешением и упрощает работу с ней. Интенсивность колебательного СКР не зависит от температуры рассеивателей. От температуры зависит интенсивность чисто вращательного СКР, поэтому в спектре обратнорассе ниого излучени  выдел ют участок чисто вращательного СКР воздуха в области от 90 до 170 см стоксовой полосы (или антистоксовой). Величина принимае .мого с рассто ни  г излучени  в участке чисто вращательного спектра равна Fi(r)47l -ЦД - -Ц - TerTir гдер (г) - плотность воздуха; А - аппаратурна  константа; (71 - константы молекул, не завис щие от температуры; Т - температура; E(v)- вращательна  энерги  молекул в состо нии V ; V - вращательное квантовое число начального состо ни ; К - посто нна  Больцмана; Ti(r)-прозрачность сло  атмосферы дл  выделенного участка спектра; То(г) - прозрачность сло  атмосферы на зондирующей длине волны, Суммирование У в (1) ведетс  по всем лини м азота и кислорода, попадающим в выдел емый участок спектра. В спектре рассе нного назад излучени  с помощью спектральной аппаратуры выдел ют также излучение колебательного СКР,- например, молекул кислорода. Это излучение смещено спектрально от возбуждающего монохроматического излучени  на частоту v 1556 см . Величина сигнала, принимаемого с рассто ни  г, описываетс  уравнением зондировани  вида F2(r)0.2 02 р ( г ) 4 То(г)Т2(г), (2) где - сечение СКР молекулы кислорода, не завис щее от температуры; Т2(г) прозрачность сло  атмосферы на длине волны СКР кислорода. Отношение измеренных величин интенсивностей дл  одного и того же рассто ни  дает множитель, завис щий от температуры 7}№ Ipxpf-E(tO/KT Ti где В - посто нна  отношени . Спектральным ходом прозрачности атмосферы дл  участков спектра, разнесенных друг от друга на v -1400 см в большинстве случаев оптического состо ни  атмосферы дл  дальности зондировани  до 2-3 км можно пренебречь и прин ть отношение T2(r)/Ti(r)1 Таким образом, по отношению интенсивностей прин тых сигналов на колебательном СКР азота или кислорода и чисто вращательном СКР воздуха и известной из калибровок зависимости R(T) от температу5727008б

ры, определ етс  температура ё зондируе- спектра выдел ют излучение колебательномом объеме атмосферы, наход щемс  на го СКР на молекулах кислорода (или азота) с определенном рассто нии от прибора.v 1556cM а также излучение в полосе

Предлагаемый способ определени  5 пример в области Av 90-160см стоксотемпературы атмосферы может быть реали- вой полосы. Регистрируют выделенные зован следующим образом:излучени  с помощью фотоприемников и

Импульс монохроматического излуче- наход т отношение зарегистрированных ни  лазера в видимой или УФ-области спек- сигналов/устран   тем самым вли ние на тра посылают в атмосферу. Принимают 10 точность измерений неопределенных аппаобратнорассе нное излучение и разлагают ратурных и атмосферных параметров, его с помощью спектрального прибора. Из

чисто вращательного спектра воздуха, на