Моделирование работы многочастотного орбитального лидара для детектирования инверсий аэрозольной концентрации в нижней атмосфере

Самолетные системы лазерного зондирования показали достаточно высокую эффективность при решении ряда задач метеорологии, экологии, физики атмосферы и океана. Развертывание подобных систем на орбитальных станциях и спутниках позволяет значительно расширить возможности мониторинга, придавая ему глобальный и систематический характер. Речь идет об оперативном контроле пространственного поля основных параметров атмосферы, включая, в первую очередь, облачные поля, высотную структуру аэрозольного и газового состава тропосферы, экологически опасные выбросы локального масштаба и пр.
Методологические аспекты проблемы лазерного зондирования атмосферы из космоса были проанализированы еще в ранних работах по космическому мониторингу. В настоящее время уже осуществлена техническая реализация ряда ранее проработанных проектов. Выполнены первые циклы исследований Российским космическим лидаром «БАЛКАН», установленным на орбитальной станции «Мир». В сентябре 1994 г. проведен достаточно успешный эксперимент по многочастотному лазерному зондированию всей толщи земной атмосферы с борта космического корабля серии «Shuttle». Обнадеживающая результативность первых лидарных космических экспериментов по изучению облачных полей, профилей аэрозольных характеристик и некоторых параметров подстилающей поверхности ставит на следующем этапе задачу введения этого класса космических лидаров в систему мониторинговых наблюдений Земли. Так, в рамках программы РКА «Эталон» реализуются проекты создания сети малых специализированных спутников, оборудованных детекторами различных типов (электрических, магнитных, оптических и т.д.), для предсказания и обнаружения регионов проявления земных катаклизмов, в первую очередь землетрясений. Поскольку одним из предикторов землетрясения является повышение концентрации крупнодисперсной минеральной фракции аэрозоля в пограничном слое атмосферы, то один из спутников указанной сети, предполагается оснастить многочастотным лидаром, работающим в долговременном автоматическом режиме. В данной работе проведены оценки сигналов многочастотного орбитального лидара, предназначенного для обнаружения аэрозольных инверсий в пограничном слое атмосферы. Оценки получены на основе решения нестационарного уравнения переноса методом Монте-Карло для граничных условий, отражающих реальные особенности приемопередающей системы лидара. Базовая оптическая модель допускает включение аэрозольных инверсий любой природы, естественной и антропогенной. Полученные результаты позволяют судить о динамическом диапазоне сигнала в заданном спектральном интервале для различных оптических ситуаций. Установлены предельные уровни помех, как активного происхождения, так и за счет уходящей радиации в различных оптико-геометрических условиях работы лидарной системы.