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:
Loading
  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, 1160 просмотров.


Нравится

ИННОВАЦИОННЫЙ КАНАЛ
30.03.2017 13:18:25

Норникель просит освободить от налогов триллион "зеленых" инвестиций/ Норвежцы требуют сократить выбросы

В выступлении на Арктическом Форуме “ Арктика- территория диалога» представитель «Норникеля» Елена Безденежных попросила освободить от налогов экологическую программу компании, включающую НДТ, но факты пока свидетельствуют об обратном, а штрафы остаются символическими.

Норникель

21.12.2016 00:13:48

Мамонтов тоже нужно охранять! / Мамонтов приравняют к полезным ископаемым?

Общественная палата озабочена созданием не имеющего мировых аналогов криохранилища мамонтовой фауны.  Член ОП РФ Марина Богословская предложила включить ископаемую мамонтовую фауну в перечень полезных ископаемых, содержащие мамонтовую кость участки — отнести к недрам местного значения и организовать международные аукционы по продаже мамонтовой кости.

Мамонт

29.11.2016 22:58:42

В Мурманске нет кладбища радиоактивных кораблей/ Позитив от Беллоны

В соцсетях Мурманской области появилось видео, в котором сняты с воздуха затопленные корабли. Авторы ролика утверждают, что они могут быть «радиоактивны».

радиоактивные корабли

26.11.2016 10:02:58

Биологические инвазии — современная проблема Земли.

Биологические инвазии — современная проблема всей планеты. Многочисленные и разнообразные чужеродные виды, вселяясь в регионы, где их прежде не регистрировали, часто оказывают необратимое воздействие, изменяя различные компоненты экосистем и экосистему в целом.

инвазия

25.11.2016 01:19:09

Для решения проблем полигона «Красный бор» необходимо разработать «дорожную карту»

Об этом проинформировал директор Департамента международного сотрудничества Минприроды России Нуритдин Инамов на заседании платформы государственно-частного партнерства «Санкт-Петербургская инициатива», прошедшего 22 ноября 2016 г. в Минприроды России. Заседание прошло под председательством Н. Инамова и было посвящено переработке отходов.

«Красный бор»

17.11.2016 23:14:09

Укрытие-2 надвигают на 4-й энергоблок ЧАЭС

Укрытие-2 для четвёртого энергоблока Чернобыльской АЭС начали строить в далёком 2007 году. Несмотря на нехватку финансирования и задержки, сейчас инженерный мега-проект близок к завершению.

ЧАЭС

17.10.2016 22:49:35

Сельское хозяйство - выбросы и устойчивость / Доклад ФАО к всемирному дню продовольствия

Если не предпринимать никаких действий, сельское хозяйство будет по-прежнему основным источником глобальных выбросов парниковых газов.Сельское хозяйство, в том числе лесное и рыбное хозяйство и животноводство, генерирует примерно пятую часть мировых выбросов парниковых газов. Путем внедрения практики климатически оптимизированного сельского хозяйства и повышения потенциала почв и лесов к поглощению и хранению углерода, выбросы можно сократить.

выбросы

RSS
Архив "ИННОВАЦИОННЫЙ КАНАЛ "Экология и жизнь""
Подписка на RSS
Реклама: