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, 1359 просмотров.


Нравится

ИННОВАЦИОННЫЙ КАНАЛ
11.02.2018 16:07:33

«Пингвин» — новая технология преобразования энергии волн в электричество

Глобальный теоретический потенциал энергии волн огромен и составляет 29 500 ТВ т.ч /год, в то время как глобальное потребление электричества 21 191 ТВт.ч/год

технологии, электричество, волны, энергия, пингвин

06.02.2018 10:58:00

Добыча воды и 3D-печать на Луне: в России будет создана космическая горнодобывающая отрасль

В Национальном исследовательском технологическом университете «МИСиС» был подписан меморандум о создании в России космической горнодобывающей отрасли.

отрасль, космос, меморандум, МИСиС, Росссия, добыча, Луна

28.01.2018 12:05:45

Повесть о двух культурах

Это лучшие времена. Это самые худшие времена. Мы являемся свидетелями значительного прогресса практически во всех областях науки, что приводит к лучшему пониманию мира и улучшение качества жизни людей.

Прогресс, времена, развитие, культура, наука

24.01.2018 11:28:00

Последние географические открытия во Вселенной

Новые скопления галактик очень большой массы обнаружены на высоких красных смещениях

Вселенная, открытия, скопления, галактика

23.01.2018 08:40:00

Ученые отследили «движение» мысли в мозге

Университет Калифорнии, Беркли нейрофизиологи проследили за ходом мысли через мозг, которая отчетливо показывает, как префронтальная кора в передней части мозга координирует деятельность, чтобы помочь нам действовать в ответ на восприятие.

Нейрофизиологи, мозг, интеллект, ученые

18.01.2018 21:53:18

День противодействия загрязнению/Акция краткой остановки предприятий-загрязнителей

2 декабря 2017 года в Мурманской области проходила четвертая ежегодная акция «Ноль негативного воздействия на окружающую среду“ в рамках мероприятия “День противодействия загрязнению». В этот раз ее поддержали треть предприятий Мурманской области.

загрязнение, противодействие, акция, Предприятия

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