Спектральный анализ флуктуаций сигнала самолетного лидара, рассеянного на скоплениях аэрозоля

Наряду с исследованием атмосферного аэрозоля существует задача определения лидарного определения атмосферной турбулентности , которая является причиной «болтанки» воздушных судов в полете. Перемежаемость зон турбулентности, их резкая локализация в окружающем спокойном потоке, сложность температурно-ветровой стратификации в областях образования турбулентности ясного неба (ТЯН) — все это затрудняет теоретический анализ причин возникновения данного явления и его прогноз. Метеорологические радиолокаторы не обнаруживают ТЯН. Поэтому в настоящее время ведутся интенсивные поиски лидарных методов оперативного обнаружения ТЯН впереди по направлению полета на расстоянии, достаточном для того, чтобы за время подлета, успеть принять меры, необходимые для обеспечения безопасности полета. Флуктуации скорости ветра приводят к вариациям плотности воздуха, которые в свою очередь порождают флуктуации сечения молекулярного рассеяния лазерного ультрафиолетового излучения. Эти флуктуации соответственно отображаются в сигнале, установленного на борту самолета, лидара, действующего в ультрафиолетовом диапазоне диапазоне, и регистрирующего интенсивность молекулярного рассеяния. Использование данного эффекта открывает дополнительную возможность к применению когерентных допплеровских лидаров для обнаружения ТЯН. Однако рассеяние на аэрозоле является помехой при реализации данного метода.
В 2009–2015 при поддержке Комиссии Европейских Сообществ, как часть 7-й рамочной программы, выполнялся проект DELICAT (DEmonstration of LIdar based Clear Air Turbulence detection, Демонстрация обнаружения турбулентности ясного неба при помощи лидара). В ходе указанного проекта был разработан и изготовлен лидар, предназначенный для установки на самолете с целью заблаговременного обнаружения турбулентности ясного. В августе 2013 года были проведены летные испытания самолетного лидара. Летный эксперимент проводился с целью разработки основанных на лидарной технологии методов дистанционного определения зон турбулентности, представляющих опасность для полетов гражданской авиации.
В данной работе проведен анализ спектральных характеристик измеряемого сигнала (на основании архива данных о лидарных измерениях с борта самолета проведенных в рамках проекта DELICAT),а также исследована пространственно-временная структура флуктуаций сигнала УФ лидара, установленного на борту самолета.. Также , в рассеянном назад излучении наблюдается корреляция флуктуаций ко- и кросс- поляризованных компонент рассеянного излучения. Вычисление оценок коэффициентов корреляции между этими компонентами показало, что корреляция увеличивается в тех областях, где аэрозольные частицы группируются, образуя облакоподобные структуры.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 18-35-00368.