Лидар для измерения вертикального распределения озона в атмосфере

Abstract

Одним из основных климатообразующих факторов с точки зрения радиационного баланса атмосферы являются парниковые газы, прежде всего озон и газовые составляющие озоновых циклов. В настоящее время оперативную информацию об их вертикальном распределении в атмосфере можно получать только с использованием средств дистанционного зондирования, в том числе лазерного зондирования (лидаров), что определяет актуальность и научную значимость данной научной и технической проблемы. Цель: разработка лидара для исследований вертикального распределения озона в верхней тропосфере–стратосфере в высотном диапазоне ~ (5–45) км на длинах волн 299/341 и 308/353 нм в сопоставлении со спутниковыми измерениями. Методы: метод дифференциального поглощения и рассеяния. Результаты. Представлен лидар для измерения вертикального распределения озона над городом Томск (56,5 с.ш.; 85,0 в.д.). Лидарное зондирование озона производилось на парах длин волн 299/341 и 308/353 нм. Используемые длины волн позволяют проводить мониторинг вертикальной стратификации озона в пределах верхней тропосферы–стратосферы. Результаты лидарного зондирования озона по данным января 2018 г. приведены в сравнении с данными спутников IASI/MetOp и AURA, a также с среднеширотной моделью Крюгера. Отличие лидарных профилей озона от модельных является естественными для динамики озонового слоя в различные дни наблюдений. Большие различия вертикального распределения озона в значениях по данным лидара и спутника MetOp на высотах стратосферы объясняются необходимостью коррекции априорной модели в алгоритме восстановления спутниковых данных. Вывод. Создан лидар для измерения озоновых профилей в верхней тропосфере–стратосфере. Он позволяет восстанавливать вертикальное распределение озона в высотном диапазоне ~ (5–45) км на длинах волн 299/341 и 308/353 нм.

One of the main climate-forming factors from the point of view of the radiation balance of the atmosphere are greenhouse gases, primarily ozone and gas components of the ozone cycles. Currently, operational information on their vertical distribution in the atmosphere can be obtained only using remote sensing, including laser one (lidar), which determines the relevance and scientific significance of this scientific and technical problem. The main aim of the study is to develop a lidar for studies of vertical distribution of ozone in the upper troposphere-stratosphere in the altitude range ~ (5-45) km at 299-341 and 308-353 nm in comparison with satellite measurements. Methods: differential absorption lidar (DIAL). Results. The paper introduces the lidar for measuring ozone vertical distribution above the city of Tomsk (56,5 N, 85,0 E). Lidar sounding of ozone was carried out on pairs of wavelengths 299-341 and 308-353 nm. The wavelengths used allow monitoring ozone vertical stratification within the upper troposphere, the stratosphere. The results of ozone lidar sensing as of January 2018 are given in comparison with the data of the satellites IASI-MetOp and AURA, as well as with the mid-latitude model of Kruger. The difference between the lidar profiles of ozone and the model ones is natural for the dynamics of the ozone layer on different observation days. The large differences in ozone vertical distribution in the values of lidar and the MetOp satellite at the altitudes of the stratosphere are explained by the need to correct the a priori model in the algorithm for reconstructing satellite data. Conclusion. The lidar was developed to measure ozone profiles in the upper troposphere-the stratosphere. It allows reconstructing the vertical distribution of ozone in the altitude range ~ (5-45) km at wavelengths 299-341 and 308-353 nm.