Исследование лидарных методов измерения концентрации вредных аэрозольных примесей в атмосфере населенных пунктов измерительным комплексом Федерально-регионального центра аэрокосмического и наземного мониторинга объектов и природных ресурсов при БелГУ (ФРЦ БелГУ) с целью сертификации методики и средства измерений

Создана концепция и программа развития УСУ «Лидарные комплексы БелГУ» на 2007 – 2010 годы, проведен анализ имеющихся методов и методик лидарных измерений загрязнения атмосферного воздуха, проведены регламентные работы лидарных комплексов, объявлен тендер на поставку оборудования, получено предложение на поставку оборудования по первому этапу от предполагаемой фирмы-поставщика.

Объектами исследования являются метод двухволнового зондирования и схема модернизации лидарного комплекса ЦКП «Федерально-региональный центр аэрокосмического и наземного мониторинга природных ресурсов и объектов при БелГУ». Показано, что перспективным методом зондирования аэрозольных за-грязнений атмосферы является метод двухволнового лазерного зондирова-ния. Рассмотрена схема интерпретации данных зондирования, основанная на априорном задании статистических связей между характеристиками обратно-го рассеяния и другими параметрами аэрозоля. При параметризации указан-ных связей в качестве параметра выбрано отношение коэффициентов обрат-ного рассеяния на длинах волн зондирования. Задание априорных статисти-ческих связей проведено с использованием большого объема эксперимен-тального материала по оптическим и микрофизическим свойствам атмосфер-ного аэрозоля. Для апробации рассмотренной методики проведены числен-ные эксперименты и натурные эксперименты по зондированию реальной ат-мосферы.
Рассмотрен вопрос о калибровке сигнала лидара при зондировании по наклонным трассам.
Проведены расчеты формы сигнала и величины геометрического факто-ра в зависимости от расстояния зондирования для типичных углов приема. Определены расстояния, на которых геометрический фактор достигает за-данных уровней, которые характеризуют положение и протяженность ближ-ней зоны лидара. Рассмотрены различные варианты геометрической схемы лидара, включая разнесенную, совмещенную и комбинированную схемы. Кроме того, рассмотрен вариант разнесенной схемы с применением ограни-чивающей диафрагмы специальной формы на приемной апертуре лидара.
Проведено исследование устойчивости величины геометрического фак-тора лидара к небольшим рассогласованиям направлений зондирующего луча и оптической оси приемного телескопа, возникновение которых возможно при вращениях лидара. Показано, что схема с центральным лучом в смысле устойчивости предпочтительнее схем с внеосевым лучом.
Сделан вывод, что оптимальной геометрией лидара будет совмещенная схема с выводом луча по оптической оси приемного телескопа.
Реализация второго этапа работы осуществлялась в полном соответствии с требованиями Технического задания. Были решены следующие частные задачи:
1. Проведено теоретическое обоснование выбора геометрической схемы для модернизации лидара МВЛ-60.
2. Выбран метод двухволнового лазерного зондирования аэрозольных за-грязнений атмосферы.
3. Закуплено необходимое оборудование для модернизации лидара.
4. Проведены работы по установке закупленного оборудования

Решены следующие частные задачи:
1. Разработана методика лидарных измерений.
2. Проведена апробация методики для многоволновых и поляризационных измерений.
3. Проведен анализ соответствия результатов измерения имеемым данным о концентрации пыли в точках измерения.
4. Закуплено необходимое оборудование для модернизации мобильного ли-дара МВЛ-60МОБ.
5. Проведены работы по установке закупленного оборудования.
6. Разработана компьютерная программа для расчета концентрации пыли в атмосфере от выбросов промышленных предприятий на высоте лидарных измерений и в приземном слое.
Апробация методики лидарных измерений показала соответствие полученных результатов ранее наблюденным.
Выполненные работы показывают перспективу успешного применения лидарных технологий для организации мониторинга атмосферы для контроля загрязнений, в фундаментальных и прикладных исследованиях, образовательном процессе.
Модернизированный лидарный комплекс позволит проводить регуляр-ные наблюдения за процессом выброса загрязняющих аэрозолей в атмосферу над всей территорией г. Белгорода, что повысит до мирового уровня качество экологических наблюдений.

Разработана методика двухволновых лидарных измерений, для апробации методики проведены численные эксперименты и натурные эксперименты по зондированию реальной атмосферы, разработаны проекты основных документов для сертификации методики и средства измерений. Закуплено оборудование и проведена модернизация лидаров МВЛ-60МОБ и МВЛ-60. Получено свидетельство о регистрации на программу расчета рассеивания выбросов. Произведена аттестация лаборатории на измерение массовой концентрации и дисперсного состава аэрозолей.