Системы для зондирования атмосферы

Введение
Исследование состояния атмосферы имеет целью установить объективные закономерности, отражающие физические явления, происходящие в атмосфере Земли. Для достижения данной цели выделяют два научных направления: физика свободной атмосферы и методы ее исследования. До недавнего времени эти научные направления объединялись в рамках одной науки под названием «Аэрология». В настоящее время физика свободной атмосферы чаще всего рассматривается как часть общей метеорологии, а под аэрологией понимаются лишь методы получения информации о состоянии свободной атмосферы. Поэтому представлялось вполне обоснованным дать название соответствующей дисциплине и, естественно, данному учебному пособию название «Методы зондирования атмосферы».
В последние годы развитие науки и техники дало возможность охватить измерениями практически всю атмосферу Земли, а в некоторых случаях и атмосферы других планет, использовать в природных условиях новейшие приборы и методы измерений, столь же тонкие и совершенные, что и в научных лабораториях. Именно поэтому можно утверждать, что методы зондирования атмосферы соответствуют современному развитию науки и техники.
Новейшие научно-технические направления в авиации, энергетике, атомной и химической промышленности, ракетостроении и экологии потребовали знания детальных пространственных и временных характеристик полей метеорологических величин атмосферы, что привело к необходимости разрабатывать и использовать новые дистанционные средства измерений, в первую очередь, такие, в которых применяется программируемая измерительная и вычислительная техника, позволяющая автоматизировать процессы зондирования, анализа результатов и выдачи получаемой информации в реальном масштабе времени.
Исходя из вышеперечисленного, можно с уверенностью сказать, что изучение систем, используемых для зондирования атмосферы, является весьма актуальным.
Цель и задачи зондирования атмосферы
К основным целям зондирования атмосферы относятся:
- организация расширенной системы предупреждения об угрозе здоровью человека;
- оценка глобального загрязнения атмосферы и его влияния на климат;
- оценка количества и распределение загрязнителей биосферы, особенно пищевых цепей;
- оценка критических проблем, возникающих в связи с сельским хозяйством;
- оценка реакции наземных экосистем на загрязнение ОС;
- оценка загрязнения океана и его влияние на морские экосистемы;
- создание и усовершенствование системы предупреждения о стихийных бедствиях в международном масштабе [1].
В соответствии с основными целями зондирования выделяются следующие задачи:
- осуществление наблюдений за состоянием природной среды (ПС), в первую очередь за уровнем ее загрязнения;
- прогноз антропогенных изменений состояния среды в глобальном масштабе;
- оценка наблюдаемого и прогнозируемого состояния среды;
- оценка общих тенденций ее изменения под влиянием антропогенных факторов [1].
Разновидности систем для зондирования атмосферы, их особенности и характеристики
Последние годы наиболее развитые страны стали интенсивно развивать средства дистанционного (бесконтактного) зондирования атмосферы. К работам, проводимым промышленными фирмами, проявляют значительный интерес широкие круги военных специалистов

. По их мнению, такие средства можно использовать для обеспечения войск данными, которые повысят эффективность стрельбы артиллерии, действий авиации, прогнозирования радиационной, химической, биологической, геофизической обстановки и т. п.
К перспективным средствам дистанционного зондирования атмосферы военного назначения иностранные специалисты предъявляют особые требования:
- практически реальным масштаб времени проведения измерений и их обработки (секунды-десятки секунд);
- значительная разрешающая способность в пространстве (десятки-сотни метров);
- большая чувствительность к определению токсичных веществ (10-7-10-8) и высокая их специфичность (в частности, разрешение по спектру не менее 0,01 см-1);
- способность настройки на так называемое резонансное определение возможно большего числа токсичных веществ, находящихся в любом агрегатном состоянии (аэрозоль, пар, газ);
- возможность сопряжения с различными автоматизированными системами управления войсками;
- надёжное функционирование в неблагоприятных метеорологических условиях;
- мобильность и относительно малая стоимость [2].
В зависимости от диапазона используемого электромагнитного излучения эти средства условно подразделяются на акустические, радиолокационные и оптические. Они могут быть активными и пассивными. Первые включают источник зондирующего излучения и его приёмник, которые можно располагать в одном месте или разносить на некоторое расстояние друг от друга. Вторые основаны на принципе регистрации собственного теплового излучения среды (тепловая локация). К ним относятся спектрофотометры, радиометры и радиотеплолокаторы. Обычно все они работают по принципу сравнения измеряемого излучения с эталонным.
Акустические средства имеют дальность действия, как правило, несколько сот метров. В иностранной печати это объясняется тем что количественные измерения, производимые с их помощью, ограничиваются в приземном слое атмосферы следующими характерными особенностями среды: турбулентность, облачность, влажность, нагрев или охлаждение