Кажущиеся отклонения от закона Бугера связаны, например, с ограниченной разрешающей способностью спектральных приборов, используемых при исследованиях. Отклонения от закона Бугера появляются, когда в пределах разрешаемого прибором спектрального интервала показатель поглощения нельзя считать постоянным. Фактически в этом случае прибором будет регистрироваться не спектральное поглощение атмосферы, а функция поглощения, искаженная аппаратурной функцией спектрального прибора.

     В дальнейшем все последующие формулы будем приводить, предполагают выполнимость закона Бугера.

     Величина, стоящая в выражении (2.4.2) в показателе экспоненты называется оптической толщей слоя вдоль направления распространения излучения:

 

               (2.4.3.)

 

     Даная величина является безразмерной величиной.

     В однородной среде оптическая толща  слоя определяется следующим образом:

 

                (2.4.4.)

 

     В этом случае закон Бугера (2.4.2.) записывается в более простом виде:

 

              (2.4.5.)

 

     Для характеристики доли монохроматического излучения, прошедшего данный слой среды  и поглощенного им (если ослабление обусловлено только поглощением), используют величины спектрального пропускания Т(l) и поглощения А(l):

 

                (2.4.6.)

 

               (2.4.7.)

 

      Измерение распределения показателя поглощения к_с(l, z) на трассе зондирования в принципе позволяет определить концентрацию поглощающих молекул, так как для каждой газовой компоненты ее показатель поглощения к_с(l, z) и концентрация связаны соотношением:

 

               (2.4.8.)

     где:

     N(z) — концентрация поглощающих молекул в точке z [м^-3]; s_п(l) – сечение поглощения на длине волны l в расчете на одну молекулу, м².

 

      Таким образом, для определения концентраций газовых компонент в атмосфере по лидарным измерениям методом, основанным на поглощении излучения, необходимо иметь точные данные о сечениях поглощения интересующих нас газов в зависимости от длины волны лазерного излучения.

      Сечения поглощения газов можно заранее  определить лабораторными измерениями, либо получить теоретически расчетным  путем.

      На  рис. 2.4.1 для примера показана зависимость  сечения поглощения сернистого газа SO₂ от длины волны излучения в диапазоне 0,29…0,317 мкм.

 

Рис. 2.4.1. Зависимость сечения поглощения сернистого газа SO₂ от длины волны излучения в диапазоне 0,29…0,317 мкм.

 

     Размерность сечения поглощения s_п(l) в выражении (2.4.8.) должна соответствовать размерности концентрации N(z) и быть такой, чтобы показатель поглощения к_с имел размерность обратной длины, l^-1. Если N имеет размерность числа в единице объема, l^-3, то s_п – сечение поглощения и имеет размерность l²; если N имеет размерность массы в единице объема ml^-3, то s_п — массовый коэффициент поглощения с размерностью, m^-1l².

 

3. Разработка структурной схемы  лидарного измерительного комплекса

 

      Математический  аппарат и алгоритмы обработки  результатов измерений были рассмотрены в гл. 2, теперь требуется рассмотреть структурную схему лидарного измерительного комплекса на аппаратном уровне.

      Рассмотрим  основные требования особенности построения лидара¹⁰:

• используемый лазер должен иметь высокую выходную энергию, монохроматичность и стабильность частоты излучения;
• временная задержка между посылкой в атмосферу двух разноволновых зондирующих импульсов не должна превышать интервал турбулентной замороженности атмосферы (»10-3 с).

      Лазер в лидаре должен быть многоспектральным  – лазерные импульсы с различными длинами волн должны последовательно или одновременно посылаться вдоль одной и той же трассы в атмосферу. При последовательной посылке зондирующих импульсов с различными длинами задержка между импульсами должна быть такова, чтобы обеспечить, во-первых, условие посылки в интервале турбулентной замороженности атмосферы, во-вторых, временное разделение регистрируемых лазерных эхо-сигналов.

      Оптические  оси источника излучения и  приемника излучения в лидаре обычно совмещены (моностатическая  схема зондирования). Чтобы обеспечиь пространственное совмещение диаграмм направленности в области измерений, ширина углового зрения приемной системы выбирается больше угла расходимости лазерного передатчика.

      Структурная схема лидара представлена на рис. 3.1.