Введение к работе
Актуальность темы
Широкий круг океанологических задач связан с исследованием гидрофизических процессов, протекающих в верхнем слое океана. Для решения этих задач интенсивно используются оптические методы исследования. Актуальность лазерного зондирования для регистрации и измерения параметров динамических процессов обусловлена рядом преимуществ этого метода по сравнению с другими способами исследования гидрофизических свойств океана. К числу достоинств метода лазерного зондирования относятся значительный объем и разнообразие получаемой информации, экспрессность, возможность проведения дистанционных наблюдений. Последнее определяет перспективность применения лазерного зондирования в космической океанологии, в частности для исследования макро- и мезомасштабных процессов динамики океана, изучения биологических полей. В этой связи приобретает особую актуальность разработка метода судового лидарного зондирования. Этот метод позволяет получать неискаженную состоянием морской поверхности информацию о гидрофизических процессах, протекающих в верхнем слое океана. Метод судового лидарного зондирования, следовательно, может быть использован для интерпретации и уточнения данных, получаемых аэрокосмическим методом.
Цель работы
Оценка влияния динамических процессов на характеристики светорассеивающих слоев, регистрируемых в верхнем слое океана с помощью лазерного зондирования. Экспериментальные исследования влияния состояния морской поверхности на форму сигнала обратного рассеяния при глубинно-разрешенном лазерном зондировании. Разработка физических основ метода лазерного зондирования в океане, разработка судовых лидарных комплексов и их применение в океанологических и геофизических исследованиях.
Методы исследования
Экспериментальные работы проводились на борту судна во время прибрежных и морских экспедиций. Зондирование осуществлялось с помощью разработанных нами судовых лидаров как через морскую поверхность, так и через гидрооптическую шахту, применение которой исключало влияние состояния морской поверхности на результаты зондирования. Для регистрации и измерения параметров динамических процессов, протекающих в верхнем слое океана, осуществлялся глубинно-разрешенный прием сигнала обратного рассеяния с больших глубин. Это было достигнуто благодаря разработке высокоэнергетических лазерных источников лидара и быстродействующей системы регистрации и обработки сигнала обратного рассеяния. Для обеспечения достоверности полученных результатов одновременно с лидарным зондированием использовались стандартные методы регистрации динамических процессов в верхнем слое океана.
Научная новизна
В диссертационной работе впервые рассмотрены следующие вопросы:
-показано, что эффект модуляции гидрооптических характеристик светорассеивающих слоев гидрофизическими процессами может быть использован для регистрации и измерения параметров динамических процессов методом дистанционного лазерного зондирования;
-экспериментально установлены границы применимости метода лидарного зондирования через морскую поверхность для регистрации динамических процессов;
-проведена разработка метода регистрации, обработки лидарного сигнала и отображения данных зондирования, позволяющих получить пространственно-временное распределение светорассеиваюшего слоя;
-разработаны новые экспериментальные схемы судового лидарного зондирования, значительно расширяющие возможности лидаров при исследовании верхнего слоя океана.
Научная и практическая ценность работы
Научно-практическая ценность работы определяется двумя аспектами. Во-первых, применение разработанного метода восстановления пространственно-временной структуры светорассеивающих слоев позволит решать широкий круг океанологических задач: исследование природы и источников короткопериодных внутренних волн, определение структуры течений, оценка биопродуктивности вод, проведение калибровки данных дистанционного зондирования со спутников и т.д. Во-вторых, технические разработки отдельных узлов гидролидара позволяют использовать их для решения других практических задач. Малогабаритный высокоэнергетический лазер, малогабаритный блок питания лазера и оптических усилителей, быстродействующая система регистрации электрических сигналов используются в настоящее время не только в задачах зондирования океана и атмосферы, но и для исследования быстропротекающих процессов в огггоакустике и физике лазерной плазмы.
Работы проводились по госпрограммам "Мировой океан", "Вестпак" и хоздоговорным темам "Росянка" и "1/84".
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
- Всесоюзной конференции "Использование современных физических
методов в неразрушающих исследованиях и контроле" (Хабаровск, 1983);
Всесоюзной школе - семинаре "Методы гидрофизических исследований" (Солнечногорск, 1986);
13 Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Минск, 1988);
Всесоюзном симпозиуме по лазерному и акустическому зондированию (Томск, 1988);
Fifteenth Intemation Laser Radar Conference (Tomsk. USSR, 1990);
- Intemation Symposium on Marine Sciences ( Pussan. Korea, 1994).
Публикации
По результатам исследований опубликовано 14 работ. Материалы диссертационной работы отражены в двух научно-исследовательских отчетах.
Структура и объём работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 69 наименований. Работа содержит 124 страницы машинописного текста и 41 рисунок.
На защиту выносится:
-
Метод дистанционного лазерного зондирования, позволяющий исследовать динамические процессы в верхнем слое океана по их проявлению во временной изменчивости характеристик светорассеивающих слоев.
-
Применение данных глубинно-разрешенного лидарного зондирования для исследования вертикальной и горизонтальной оптической стратификации океанических вод.
-
Результаты натурного эксперимента по исследованию влияния состояния морской поверхности на шумовые характеристики сигнала обратного рассеяния.
-
Автоматизированный лидарный комплекс для мониторинга гидрооптических характеристик и исследования динамических процессов в верхнем слое океана.
