Введение
1. Анализ информации, содержащейся в спектрах обратного рассеяния и экстинкции аэрозоля 39
1.1. Методология анализа 40
1.2 Информация, содержащаяся в данных многоволнового лидарного зондирования 52
1.2.1 Определение реальной и мнимой части показателя преломления при известном среднем радиусе частиц 53
1.2.2 Определение среднего радиуса частиц при известном показателе преломления 55
1.2.3 Определение параметров частиц в отсутствие предварительной информации 56
1.3. Оценка количества независимых компонент в вариациях спектров обратного рассеяния и экстинкции частиц 67
1.4. Эффект увеличения количества длин волн зондирующего излучения 69
1.5. Основные результаты 72
2. Определение микрофизических параметров атмосферного аэрозоля по данным многоволнового лидарного зондирования 74
2.1. Использование метода регуляризации Тихонова для решения обратной задачи многоволнового лидарного зондирования 76
2.2 Численное моделирование восстановления мономодального распределения аэрозоля по размерам из данных лидарного зондирования 84
2.2.1. Постановка задачи 84
2.2.2. Анализ прямой задачи 87
2.2.3. Восстановление распределения аэрозоля по размерам для различных наборов входных оптических данных 91
2.4. Процедура усреднения решений 94
2.2.5. Определение показателя преломления аэрозоля 98
2.2.6. Точность оценки параметров аэрозоля 101
2.3. Восстановление бимодального распределения аэрозоля по размерам 104
2.3.1. Выбор исходных параметров при моделировании 104
2.3.2. Восстановление бимодального распределения по размерам в отсутствие погрешностей измерения 109
2.3.3. Усреднение решений для случая бимодального распределения по размерам 113
2.3.4. Влияние типов ядер интегрального уравнения и количества базовых функций на стабильность решения обратной задачи 118
2.3.5. Погрешности восстановления основных микрофизических параметров аэрозоля 122
2.3.6. Восстановление распределения по размерам в ситуации, когда показатели преломления частиц в каждой из мод могут различаться 128
2.4. Определение параметров аэрозоля по экспериментальным данным многоволновых лидарных измерений 131
2.4.1. Описание многоволнового лидара 131
2.4.2. Методика вычисления коэффициентов обратного рассеяния и экстинкции аэрозоля 135
2.4.3. Использование разработанного алгоритма решения обратной задачи для обработки экспериментальных данных лидарного зондирования 139
2.4.4. Сравнение результатов лидарных измерений с результатами локального забора проб 150
2.5. Основные результаты 156
3. Моделирование рамановского рассеяния излучения микросферами 158
3.1. Вывод математических выражений для расчета характеристик рамановского рассеяния излучения микросферами в рамках дипольной модели 160
3.1.1 Постановка задачи в рамках дипольной модели и получение основных соотношений 160
3.1.2 Рассмотрение некоторых предельных случаев 169
3.2. Численное моделирования рамановского рассеяния излучения микросферами 173
3.2.1. Угловые характеристики рамановского рассеяния излучения микросферами 176
3.2.2. Структурные резонансы при рамановском рассеянии 179
3.2.3. Рамановское рассеяние излучения микросферами в применении к задаче лидарного зондировани 182
3.3. Основные результаты 196
4. Использование рамановского лидара для изучения вариаций содержания воды в атмосфере в различных агрегатных состояниях 198
4.1. Разработка рамановского лидара для атмосферных исследований 199
4.1.1. Описание лидара 199
4.1.2. Измерение содержания водяного пара 202
4.1. Использование рамановского лидара для определения содержания жидкой воды в атмосфере 207
4.2.1. Рамановское рассеяние жидкой воды в пограничном слое 207
4.2.2. Рамановское рассеяние жидкой воды в облаках 215
4.3. Измерения содержания льда в циррусных облаках 226
4.4. Использование рамановского лидара для измерения вертикального распределения концентрации углекислого газа в тропосфере 231
4.5. Основные результаты 235
5. Моделирование обратного рассеяния излучения сферами, содержащими неконцентрические включения, применительно к задаче лидарного зондирования облаков 236
5.1. Основные выражения, используемые при расчете рассеяния излучения вложенными сферами 238
5.2. Результаты численного моделирования 242
5.2.1. Зависимость параметров рассеяния сфер от размера сферических включений 243
5.2.2. Зависимость коэффициента обратного рассеяния сфер от вертикального смещения включений 247
5.2.3. Рассеивающие свойства водяной сферы содержащей ледяное ядро... 248
5.3. Основные результаты 262
6. Исследование вариаций стратосферного и тропосферного озона с использованием лидара дифференциального поглощения 264
6.1. Формирование требуемых пространственных, спектральных и временных параметров излучения эксимерных лазеров для использования их в системах дистанционного мониторинга 265
6.1.1 Формирование пучков излучения эксимерных лазеров с высокой пространственной и спектральной яркостью 266
6.1.2. Укорочение импульсов эксимерных лазеров в процессе вынужденного рассеяния Манделыитама-Бриллюена и оптического пробоя на поверхности жидкости 271
6.2. Выбор источников излучения для исследования атмосферного озона методом лидара дифференциального поглощения 278
6.3. ВКР преобразование излучения KrF лазера 288
6.4. Лидар дифференциального поглощения на основе эксимерных лазеров для исследования стратосферного озона 300
6.5. Лидар дифференциального поглощения на основе эксимерных лазеров для мониторинга тропосферного озона 311
6.5.1. Описание лидарной системы 312
6.5.2. Обработка данных зондирования 315
6.5.3. Регулярные измерения озона 319
6.5.4. Использование рамановского рассеяния для одновременного измерения содержания озона и водяного пара 329
6.6. Долговременные измерения вариаций тропосферного озона с использованием автоматизированной лидарнои системы 336
6.7.1. Исследование суточных вариаций содержания озона в нижней тропосфере 336
6.7.2. Наблюдение аномального увеличения концентрации озона в нижней тропосфере 343
6.7. Основные результаты 348
Заключение 350
