Официальный сайт журнала "Экология и Жизнь"
You need to upgrade your Flash Player or to allow javascript to enable Website menu.
Get Flash Player  
Всё об экологии ищите здесь:
  Сайт функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям  
Сервисы:
Каналы:
Каналы:
Блоги:
Дайджесты,
Доклады:

ЭКО-ВИДЕО



Реклама


Translate this page
into English

Translate.Ru PROMT©


Система Orphus


Главная Информация / Info Инновации / New! Лазер позволит дистанционно и точно измерять температуру в Арктике

Лазер позволит дистанционно и точно измерять температуру в Арктике

Российские учёные из НИТУ «МИСиС», МФТИ и ИОФ РАН исследовали эффективность различных бесконтактных методов измерения температуры воды и её вариации (профиля) по глубине по спектральному отклику. Соответствующая статья была опубликована в журнале «Optics Letters». Был проведён анализ четырёх способов обработки данных, часть из которых была опубликована ранее. Наиболее оптимальный из них, который был предложен, разработан и защищён Патентом России самими авторами, показал точность в 0,15 градуса Цельсия. Данные исследования помогут развитию технологий дистанционного измерения температуры в поверхностном слое океана и, следовательно, миграции теплоты-энергии в труднодоступных районах, таких как Арктика, где средняя температура растёт в среднем вдвое быстрее, чем в целом на планете.

Основой для исследования стало комбинационное рассеяние (КР) явление, открытое в 20-е годы прошлого века. Его суть заключается в том, что при взаимодействии со средой и рассеянии световая волна модулируется молекулярными колебаниями среды, что приводит к появлению в рассеянном излучении новых длин волн или, в обывательском понимании, другого цвета. В зарубежной научной литературе комбинационное рассеяние носит название эффекта Рамана по имени его открывателя нобелевского лауреата из Индии, а исследования с использованием комбинационного рассеяния называют рамановской спектроскопией.

«Дистанционное измерение температуры воды в условиях быстротекущей смены климата очень важная задача. Однако используемые методы радиометрии допускают ошибку порядка половины градуса. Методы спектроскопии КР позволят существенно повысить точность измерений», утверждает Михаил Гришин, один из авторов исследования, аспирант МФТИ, сотрудник лаборатории лазерной спектроскопии Научного центра волновых исследований Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН.

В ходе эксперимента учёные облучали воду импульсным лазером, а затем изучали рассеянный в обратном направлении свет с помощью спектрометра. В зависимости от температуры спектральная полоса КР воды изменяла форму и положение. Учёным необходимо было проверить, можно ли выделить достаточно точную зависимость между отдельными параметрами полосы и температурой воды.

В качестве таких параметров использовались площади отдельных частей под графиком (см. Рис.1), положение максимума огибающей полосы, разность между пиковыми значениями интенсивности при различных температурах. Между всеми вышеперечисленными параметрами и температурой была выявлена зависимость, но с разной степенью точности: от 0.15 до 0.6 градусов Цельсия. Статистический анализ данных эксперимента показал, что наиболее точная зависимость прослеживается именно между длиной волны максимума огибающей ОН-полосы и температурой, что явилось предметом Патента РФ.

В настоящее время мониторинг температуры воды в арктическом регионе ведётся различными методами: это и установленные буи, и данные с исследовательских и торговых судов. Однако в реальном времени и на поверхности океанов следить за динамикой температуры воды позволяет наблюдение с воздуха с использованием самолётов и спутников путём облучения их лазером и изучения спектра. Пространственное разрешение составляет менее километра, что даёт возможность составлять очень подробные карты температуры и по ним определять перенос теплоты-энергии океанскими течениями и предсказывать динамику таяния ледников для прогнозирования изменений глобального климата. Ввиду развития беспилотных систем сейчас возникла необходимость в создании достаточно компактного и эффективного оборудования для мониторинга, которое бы удовлетворяло требованиям по грузоподъёмности и энергопотреблению. Учёные ведут работы не только над созданием программного обеспечения, но и «железной» составляющей — самой лазерной системы и системы обработки.

Василий Леднев, ведущий эксперт кафедры сертификации и аналитического контроля НИТУ «МИСиС», один из авторов исследования, рассказал о перспективах данной работы: «Важнейшая задача дистанционного зондирования акваторий калибровка и проверка результатов измерений со спутников с помощью различных прямых методов измерений параметров морской воды (температура, концентрация хлорофилла и т.д.). Создание и разработка автономных компактных лидарных систем (lidar лазерный радар), установленных на беспилотные авианосители, позволят получать подробные карты параметров океана, а также является востребованным направлением для изучения труднодоступных или опасных объектов, например, айсбергов или шельфовых ледников».

Среднегодовые изменения температуры мирового океана очень малы: на данный момент он теплеет на одну десятую градуса в десятилетие, в то время как за сезон его температура может меняться на несколько градусов. Таким образом, измеряя температуру с ошибкой даже в полградуса, мы значительно теряем в точности оценки переносимой теплоты-энергии: для сезонных измерений относительная погрешность составляет десятки процентов, долгосрочные же изменения могут быть не выявлены или пропущены из-за ошибки измерений.

 

Характерным отличием дистанционного термометра на основе спектроскопии КР от радиометров микроволнового диапазона, используемых в настоящее время при дистанционном измерении температуры, является то, что зондирующее излучение лазера лежит в области видимого или сине-зелёного спектра. Микроволны почти не проникают в толщу воды, и поэтому данные о температуре корректны лишь для поверхностного слоя толщиной до 30 микрон, который активно охлаждается сильным арктическим ветром. Волны видимого диапазона, напротив, способны проникать заметно глубже (1510 метров) и практически исключить ошибку, связанную с охлаждением поверхности воды ветром. Для коррекции таких ошибок при спутниковых микроволновых измерениях необходима калибровка по данным контактных измерений с наземных станций, в то время как спектроскопия КР лишена этого недостатка и позволяет дистанционно получать информацию о температуре воды без помощи контактных измерений.

лазер 

27.12.2016, 1507 просмотров.


Нравится

ИННОВАЦИОННЫЙ КАНАЛ
06.06.2018 11:25:00

Дискуссия о сознании растений заставляет нас противостоять ограничениям человеческого разума

Внутренняя жизнь растений возбуждает страсти даже самых мягких натуралистов. Дебаты по поводу сознания и интеллекта растений бушевали в научных кругах уже более века

дискуссия, Сознание, растения

09.05.2018 14:18:00

200 лет Марксу

Мультимедийная лекция научного руководителя Института экономики Российской академии наук Руслана ГРИНБЕРГА в преддверии 200-летия со дня рождения основоположника научного социализма Карла Маркса состоится в рамках проекта «Лекторий на Зубовском»*

Маркс, юбилей, лекция

02.05.2018 10:27:00

Откуда берутся кометы и метеориты / Пояс астероидов, пояс Койпера и облако Оорта

Правильный ответ на вопрос о том, как планеты движутся по орбитам в нашей Солнечной системе, был дан уже несколько сотен лет назад: сначала Кеплером, чьи законы движения их описывали, а затем Ньютоном, чьи законы всемирного тяготения позволяли вывести первые.

орбита, Комета, планета

27.03.2018 01:52:00

Кому нужны 50 миллионов записей Файсбук? / Лекция Харари на форуме в Давосе

В январе 2018 года на экономическом форуме в Давосе выступил с лекцией о своем видении будущих угроз роду человеческому израильский писатель и историк Юваль Харари. В своей лекции Харари рисует картину цифровой диктатуры, основанной на биометрических данных и предупреждает о взломе биологических алгоритмов в помощью персональной информации, возникновении нового вида — post-homo sapiens…. И вот спустя 3 месяца происходит утечка данных о предпочтениях в сети для 50-ти миллионов человек, оправдывая самые самые худшие прогнозы…

Давос, Харари, Davos

16.03.2018 11:12:59

Поразительные паразиты/ Разоблачение шарлатанства и суеверий

Лекции и научные байки о паразитах и их свойствах — читают популяризаторы науки. Ecolife собрал вместе подлинно научные лекции по теме, которая стала предметом многочисленных спекуляций и обманов.

паразиты, Янг, Водовозов, Панчин, популяризация, Циммер

15.03.2018 11:02:00

В Сибири разработают кардиостимулятор из биологических клеток

Сибирские ученые намерены создать кардиостимулятор, состоящий из клеток организма самого пациента.

разработка, Кардиостимулятор, Сибирь

14.03.2018 13:41:00

Россия создаёт в Антарктиде центр приёма космической информации

Россия создаёт в Антарктиде центр приёма космической информации | Русская веснаХолдинг «Российские космические системы»* развернет в Антарктиде новый наземный центр приема и обработки информации, поступающей со спутников дистанционного зондирования Земли.

космос, Россия, информация, Антарктика

RSS
Архив "Лекции/Семинары"
Подписка на RSS
Реклама: