Бесконтактный контроль атмосферы

Радиометрический мониторинг температуры и содержания водяного пара в тропосфере
Программное обеспечение восстанавливает измеренные значения в температурные профили. Измеренные данные сохраняются и отображаются каждые 5 минут. В стандартном варианте профиль отображается с интервалом 50м
Атмосфера - мощный источник излучения, но изменения температуры незначительны (с увеличением высоты на 1 км температура понижается ~6.5oC) Для регистрации этих изменений используется очень чувствительный приёмник. Радиометр и антенная система настроены на работу в диапазоне 5 мм (при частоте 60 ГГЦ). Атмосферное излучение измеряется сканированием на различных углах от горизонта до зенита.

Сканирующий радиометр с частотой около 60 ГГц MTP-5 (ООО НПО «АТТЕХ», Долгопрудный) в комплекте с автоматической метеостанцией (WXT-520, Vaisala, Финляндия)

Зимняя инверсия в атмосфере г. Москвы.
На фотографиях - концентрация загрязнений атмосферы под инверсионным слоем, в который упирается дымовой шлейф от источников. Вертикальный профиль температуры (нижние графики) получен MTP-5, установленном на крыше физфака МГУ.

Лазер, генерируя монохроматическое и когерентное излучение, обеспечивает малую расходимость пучка. Молекулы газов и аэрозольные частицы, с которыми сталкивается лазерное излучение в атмосфере, вызывают его рассеяние. Часть излучения рассеивается назад в направлении лидарной системы и может быть обнаружена.
Лидарный мониторинг загрязнения атмосферы
В лидаре рассеянное назад излучение собирается в приемнике с помощью отражающей или преломляющей оптики и направляется на фотодетектор, который преобразует его в электрический сигнал, содержащий информацию о присутствии, концентрации и расстоянии до атмосферных рассеивателей или поглотителей

Лидарное зондирование состояния аэрозольного загрязнения атмосферы (г. Москва).
Справа ЛКО разработки НИИ прецизионного приборостроения (НИИ ПП), http://citysoft.mosmap.ru/Lidar/Lidar.htm

Спектрометрии газовых компонентов атмосферы
В настоящее время спектрометрами измерения содержания озона, двуокиси азота и других малых газовых составляющих атмосферы оснащены станции Долгопрудный, Анадырь, Мурманск, Жиганск, Иркутск и Салехард (красные пунсоны, желтые пунсоны – перспективные для оснащения станции)

. Спектральные полосы поглощения инфракрасной радиации отдельными атмосферными газами (верхние графики) и спектральные полосы абсорбции инфракрасного излучения молекулярными компонентами атмосферы в целом

Спектральные принципы мониторинга содержания компонентов в атмосфере
Спектры от самосветящихся тел, спектры испускания: сплошные, линейчатые и полосатые. Сплошные спектры наблюдаются при разложении света, излучаемого нагретыми твердыми и жидкими телами.
Линейчатые спектры (из узких линий разной длины волн) светящихся атомарных газов. Каждый химический элемент имеет свой характерный линейчатый спектр.
Полосатые спектры состоят из ряда светлых полос, разделенных темными промежутками. Они возникают при излучении молекулярных газов.
Комплекс высокого спектрального разрешения СПбГУ для натурных измерений в ИК области спектра со спектральным разрешением 0.0018 см-1, позволяет измерять содержание многих газов (HCl, HF, окислы азота, фреоны, углеводороды, хлорсодержащие и т.д.),
а также и их вертикальные профили [Поберовский, 2009]. Приведен пример измерений солнечного излучения в спектральном интервале (2843.0 –
2844.4 см-1), где расположена наиболее четкая линия поглощения HCl. Красная линия –измерения, черные кривые – примеры расчетов

Спектрометры SAOZ (System d'Analyse par Observations Zenithales Лаборатории атмосферных исследований, LATMOS, Франция) для измерения содержания озона, двуокиси азота и других малых газовых составляющих атмосферы. Спектрометр использует измерения в ультрафиолетовом и видимом диапазоне длин волн при регистрации света из зенита. Точность зенитных измерения озона не превышает 4 -5% , двуокиси азота - 5%.
Достоинства прибора:
- автоматизированный режим работы с внутренней калибровкой прибора по длинам волн (сравнение положения линий спектра с положением линий Фраунгофера в спектре Солнца) и с постоянной калибровкой по озону каждого спектра по отношению к опорному;
исключение погрешности измерений в различные сезоны года при значительных изменениях высоты солнца над горизонтом;
нечувствительность прибора к тропосферным условиям (снег, облака, туман и дождь);
- одновременное измерение общего содержания различных газовых составляющих атмосферы и аэрозолей.