СКР-лідар для екологічного моніторингу приземного шару атмосфери
Анотація
Актуальність. Розробка та впровадження у практику новітніх методів екологічного моніторингу атмосфери є в наш час актуальною задачею у зв’язку з постійно зростаючим техногенним забрудненням біосфери Землі. Особливо актуальним є дистанційний контроль газового складу приземного шару атмосфери в умовах промислової зони сучасного мегаполісу для обґрунтованого введення штрафних санкцій по відношенню до підприємств, чиї викиди забруднюючих речовин перевищують встановлені норми.
Мета роботи – розробка екологічного СКР-лідара для контролю газового складу повітряного басейну великих мегаполісів та теоретична перевірка його ефективності для вирішення поставленої задачі.
Матеріали та методи. В основу розробленого лідара для екологічного моніторингу приземного шару атмосфери покладено метод спонтанного комбінаційного розсіяння (СКР), що обумовлено особливостями поставленої задачі. Метод СКР дозволяє проводити дистанційне визначення газового складу атмосфери на відстанях до декількох кілометрів з достатньо високим розрізненням (до 1 метра) та обчислювати абсолютну концентрацію забруднюючих газів, що виявляються в досліджуваній області повітряного простору, шляхом порівняння інтенсивності ліній-супутників забруднювача та азоту в зареєстрованому спектрі СКР.
Результати. Обґрунтовано вибір методу СКР для дистанційного лазерного контролю за станом приземного шару атмосфери в умовах великих промислових центрів. Представлено принципову блок-схему та основні технічні характеристики розробленого СКР-лідара. Проведено попередні розрахунки ефективності використання розробленого лідара для екологічного моніторингу повітряного басейну великих мегаполісів.
Висновки. Проведені розрахунки показали, що технічні характеристики розробленого СКР-лідара дозволять проводити виявлення таких забруднюючих газів, як CO, NO2, SO2, CH4, H2S, C6H6 на відстанях до 200 м при їх концентраціях на рівні гранично допустимих значень у робочій зоні підприємства при роботі приймального каналу лідара в режимі накопичення сигналу протягом часу від 10 секунд до 4 хвилин. Такі характеристики дозволять використовувати цей пристрій для оперативного дистанційного екологічного контролю за станом повітря в міській межі та поблизу промислових підприємств.
Завантаження
Посилання
Titar VP, Shpachenko OV. Golograficheskiy lidar dlya ekologicheskogo monitoringa atmosferyi [Holographic leader for environmental monitoring of the atmosphere]. Visnyk Kharkivskoho natsionalnoho universytetu im. V.N.Karazina. Radiofizyka ta elektronika. 2001;1(513):151-160. [in Russian].
Titar VP, Shpachenko OV. Polyarizatsionnyie golograficheskie metodyi lidarnogo kontrolya za sostoyaniem atmosferyi [Polarizing holographic methods for the lidar control of the atmosphere.]. Elektromagnitnyie yavleniya. 2001;2(1):111-117. [in Russian].
Titar VP, Shpachenko OV, Yartsev V I. Mobile holographic lidar. International Conference on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling (LFNM); 2006 Jun 29 - Jul 1; Kharkiv, Ukraine. p. 187-190.
Titar VP, Shpachenko OV, Yartsev VI. Mobilnyiy golograficheskiy lidar [Mobile holographic leader]. Ekologiya i zdorove cheloveka. Ohrana vozdushnogo i vodnogo basseynov. Utilizatsiya othodov. Sb. nauch. statey 15-y Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., g.Schelkino, AR Kryim, 2007 iyunya 4-8. Harkov, 2007. S. 254-258. [in Russian].
Titar VP, Shpachenko OV. Raman lidar for monitoring gas composition of the atmosphere ground layer. In: Proceeding of 8-th International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers (CAOL’2019); 2019 Sep 6-8. Sozopol, Bulgaria. p. 480-483.
Ismail S, Browell EV. Differential absorption lidar. Encyclopedia of Atmospheric Sciences. Edition 2. 2015. p. 277-288.
Gimmestad GG. Differential-absorption lidar for ozone and industrial emissions. Lidar: Range-Resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere; 2005. Springer. p. 187-212.
Ruzankina J, Elizarov V, Konopel’ko L, Zhevlakov A, Grishkanich A. Raman lidar with for geoecological monitoring. Journal of Physics: Conference Series; vol. 2018;1124:051036.
Wandinger U. Raman lidar in Lidar: Range-Resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere. 2005. Springer. p. 241-271.
Nishita T, Sirai T, Tadamura K, Nakamae E. Display of the earth taking into account atmospheric scattering. Proceedings of the 20th Annual Conference on Computer graphics and interactive techniques (SIGGRAPH '93); 1993 Aug 02-06. Anaheim, USA. p. 175-182.
Deyrmendzhan D. Rasseyanie elektromagnitnogo izlucheniya sfericheskimi polidispersnyimi chastitsami [Electromagnetic radiation scattering by spherical polydispersed particles]. Moskva: Mir. 1971. 165 s. [in Russian].
Gaytler V. Kvantovaya teoriya izlucheniya [Quantum theory of radiation]. Moskva: Izd-vo inostrannoy literaturyi, 1956. 491 s. [in Russian].
Blombergen N. Nelineynaya optika [Nonlinear optics]. Moskva: Mir, 1966. 424 s. [in Russian].
Bischel WK, Black G. Wavelength dependence of Raman scattering cross sections from 200-600 nm. In Eximer Lasers-1983, AIP Conference Proceedings; 1983; 100, p. 181-187.
Mezheris R. Lazernoe distantsionnoe zondirovanie [Laser remote sensing]. Moskva: Mir. 1987. 550 s. [in Russian].
Ocean FX. Miniature Spectrometer User Manual. https://oceanoptics.com/wp-content/uploads/Ocean-FX_Users_Guide_Ver_01.5.pdf
Hamamatsu Image Sensors. Selection guide. – June 2019. Avaible at: https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/image_sensor_kmpd0002e.pdf
Razenkov IA. Aerozolnyiy lidar dlya nepreryivnyih atmosfernyih nablyudeniy [Aerosol lidar for continuous atmospheric observations]. Optika atmosferyi i okeana. 2013;26(1):52-63. [in Russian].
Hranychno dopustymi kontsentratsii (HDK) khimichnykh chynnykiv u povitri robochoi zony, zatverdzheni HDSL vid [Maximum permissible concentrations (MAC) of chemical agents in the air of the work area, approved by GDSL from] 17.07.2015. [in Russian]. http://normativ.ua/sanpin/tdoc27838.php
Sorohtin OG, Ushakov SA. Razvitie Zemli [Earth Development]. – Moskva: Izd-vo MGU. 2002. 506 s.
