Способ определения температуры атмосферы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 727 8 А 5 (3 01 ЧЧ 1/О НИ ЗОБРЕТ И О А ного атмосферой ем полосы чисто нтанного комбиоследующим опсти. о т л и ч а елью упрощения особа, выделяют колебательный национного расивность иэлучеинтенсивностей колебательного Н птики атмосферы ческой о Р ТЕМПЕ- сылки в ис-. атического гиях изл чений очен ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Труды Центральной аэрологсерватории, М.: 1973, вып. 10, сАвторское свидетельство ССМ 534132, кл. 0 01 Ч/ 1/04, 1977(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИРАТУРЫ АТМОСФЕРЫ путем последуемую область монохром Изобретение относится к способам зондирования атмосферы излучением оптического диапазона, в частности к способам определения температуры, и может быть использовано при метеорологических измерениях.Известны способы зондирования атмосферы путем посылки в нее коротких импульсов оптического излучения и приема обратно рассеянных потоков спонтанного комбинационного рассеяния (СКР), Для измерения температуры атмосферы из СКР выделяют излучения стоксовой и антистоксовой компонент колебательного спектра на молекулах азота или кислорода воздуха и по соотношению интенсивностей этих излучений судят о температуре в зондируемом объеме, дальность до которого определяют по временной задержке между посылаемым и принимаемым излучениями,Недостаток этого способа заключается в сложности технической реализации, так как интенсивность антистоксовой колебательной компоненты СКР е атмосфере при излучения, приема рассеян излучения и выделения в н вращательного спектра спо национного рассеяния с и ределением его интенсивно щийся тем,что,сце технической реализации сп в рассеянном излучении спектр спонтанного комби сеяния, определяют интенс ния в нем и по отношению чисто вращательного и спектров судят о температу существующих энер у ь слаба.Известны также способы определения температуры атмосферы путем йзмерения в обратнорассеянном излучении"интенсивностей в полосах чисто вращательного спектра СКР воздуха. При этом интенсивности измеряют в двух участках, выделяемых либо только в стоксовой, либо только в антистоксовой полосе, либо один выбирают в стоксовой, а другой - в антистоксовой полосе,В изеестйых способах определения температуры один из участков необходимо выбирать в областях, отстоящих друг от друга на 100 см . Для работы в столь узких спектральных интервалах, когда выделяемые участки отстоят друг от друга и от возбуждающей линии на 30-100 см, требуется аппаратура с высоким спектральным разрешением при большой светосиле. что усложняет способ.Наиболее близким к изобретению является способ, сущность которого заключается е том, что е атмосферу посылаютмонохроматическое излучение, принимаютрассеянное атмосферой, выделя)от в немполосы чисто вращательного спектра СКР иопределяют его интенсивность,При реализации способа один иэ участков необходимо выбирать в области с частотой 10-70 см,. а другой - в области счастотой 90-170 см . Участки неэнэчительно разнесены между собой. Кроме того,один из них расположен в непосредственной близости, в 30-40 см от линии возбуждающего излучения, сигнал рассеяния накоторой на 6-8 порядков выше с,игналовСКР. Необходимость выделения узких участков спектра и отсечки мощного сигналапомехи при работе в небольшом спектральном диапазоне требует применения спектральных приборов высокого разрешения,.Недостатком известного способа является сложность технической реализации иработы с аппаратурой.Целью изобретения является упрощение технической реализации способа,Поставленная цель достигается тем, апопо предлагаемому способу опрецелениятемпературы атмосферы, заключающемусяв посылке в атмосферу монохроматическогоизлучения, измерении интенсивности в полосе чисто вращательного спектра обратнорассеянного СКР, измеряют такжеинтенсивность в участе колебательногоспектра СКР и по отношению интенсивностей вращательного и колебательнс го спектров судят о температуре атмосферы.Использование колебательного спектраСКР молекул азота, спектрально отстоящегоот возбуждающей линии на 2331 см, иликислород 1 а, имеющего спектральный сдвиг в1556 см, позволяет выбирать для измерения интенсивности в чисто вращательномспектре одну область 90-170 см, Выделяемые для реализации способа спектральныекомпоненты СКР значительно разнесеныдруг от друга и от длины волны возбужда)ощего излучения. Это позволяет применитьспектральную аппаратуру с меньшим спектральным разрешением и упрощает работус ней.Интенсивность колебательного СКР независит от температуры рэссеивателей. Оттемпературы зависит интенсивность чистовращательного СКР, поэтому в спектре обратнорассеянного излучения выделя)от участок чисто вращательного СКР воздуха вобласти от 90 до 170 см стоксовой полосы(или антистоксовой). Величина принимае.мого с расстояния г излучения в участкечисто вращательного спектра равнаГ 1 г)=о 1,"Яехр 1 --) -- ТбгТга г 1 Е(И АТ КТ,2С 1),гдер (г) - плотность воздуха;А - аппаратурная константа;сг 1 - константы молекул, не зависящиеот температуры;Т - температура;Е(Р) - вращательная энергия молекул всостоянии м1 у - вращательное квантовое число начального состоянияК - постоянная Больцмана;Т 1(г) - прозрачность слоя атмосферы длявыделенного участка спектра;Тог) - прозрачность слоя атмосферы назондирующей длине волны,Т 2+Г р) в 2ВР 1 где В - постоянная отношения,Спектральным ходом прозрачности атмосферы для участков спектра, разнесенных друг от друга на у 1400 см, в большинстве случаев оптического состояния атмосФеры для дальности зондирования до 2-3 км можно пренебречь и принять отношениеТ 2(г)/ Цг)=1Таким образом, по отношению интенсивностей принятых сигналов на колебательном СКР азота или кислорода и чисто вращательном СКР воздуха и известной из калибровок зависимости ЙЩ от температуСуммирование , в (1) ведется по всемлиниям азота и кислорода, попадающим ввыделяемый участок спектра. В спектре рассеянного назад излучения с помощью спектральной аппаратуры выделяют такжеизлучение колебательного СКР,. например,молекул кислорода. Это излучение смещеноспектрально от возбуждающего монохроматического излучения на частоту 1) - 1556см . Величина сигнала, принимаемого срасстояния г, описывается уравнением зондирования видаГ 2 г)=т 0,2 02 Р ( г ) 2 ТоИТ 2 г)т (2)где аг - сечение СКР молекулы кислорода,не зависящее от температуры; Т 2(г) - прозрачность слоя атмосферы на длине волныСКР кислорода,Отношение измеренных величин интену)0 сивностей для одного и того же расстояниядает множитель, зависящий от температурыВЩ=727008 ры, определяется температура в зондируемом объеме атмосферы, находящемся наопределенном расстоянии от прибора,Составитель С,Даничкин Редактор Т.Шарганова Техред М,Моргентал Корректор Т,ВашковичЗаказ 560 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул,Гагарина, 101 Предлагаемый способ определения температуры атмосферы может быть реализован следующим образом;Импульс монохроматического излучения лазера в видимой или Уф-области спектра посылают в атмосферу, Принимают обратнорассеянное излучение и разлагают его с помощью спектрального прибора, Из спектра выделяют излучение колебательного СКР на молекулах кислорода (или азота) с Р =1556 см, а также излучение в полосе чисто вращательного спектра воэд 1 уха, на пример в области Ли -90-160 см стоксовой полосы, Регистрируют выделенные излучения с помощью фотоприемников и находят отношение зарегистрированных сигналов, устраняя тем самым влияние на 10 точность измерений неопределенных аппаратурных и атмосферных параметров.