Применение метода дифференциального поглощения и рассеяния для оценки загрязненности подстилающей поверхности сельскохозяйственных угодий

Abstract

Решение проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов во многом зависит от разработки и внедрения методов оперативного контроля воздуха и воды. В связи с этим большой интерес вызывают вопросы, относящиеся к различным аспектам дистанционного мониторинга. Эти исследования в первую очередь направлены на выявление очагов загрязнения атмосферы и океана, оценку биологической продуктивности моря, состояния подстилающей поверхности и растительного покрова. В статье проведен анализ относительно возможности применения лидарного двухчастотного метода зондирования земли для мониторинга загрязненности подстилающей поверхности сельскохозяйственных земель. Построение аналитической модели процесса обнаружения загрязняющих веществ базируется на методе дифференциального поглощения и рассеяния (ДПР), как наиболее чувствительном методе измерения малых концентраций газов. При этом учитываются все специфические для условий локации на протяженной трассе и параметров исследуемой области, факторы, которые обуславливают точность лидарных измерений. Разработана аналитическая модель процесса обнаружения вредных воздушных примесей. Данная модель описывает процесс сравнения измеренной концентрации молекул газовой компоненты с ее пороговым (фоновым) значением. Исследование возможности реализации метода дифференциального поглощения и рассеяния показало, что процесс обнаружения вредных газовых примесей описывается аналитической моделью, которая учитывает условия дистанционного зондирования по наклонным трассам, зависимость эффективности измерений от состава исследуемой области, ослабления зондирующего излучения за счет поглощения фоновой компонентой газа на всей длине трассы.

Вирішення проблеми охорони навколишнього середовища та раціонального використання природних ресурсів багато в чому залежить від розробки і впровадження методів оперативного контролю повітря і води. У зв'язку з цим великий інтерес викликають питання, пов'язані з різним аспектам дистанційного моніторингу. Ці дослідження в першу чергу спрямовані на виявлення вогнищ забруднення атмосфери і океану, оцінку біологічної продуктивності моря, стану підстильної поверхні і рослинного покриву. У статті проведено аналіз щодо можливості застосування лідарного двочастотного методу зондування землі для моніторингу забруднення підстильної поверхні сільськогосподарських земель. Побудова аналітичної моделі процесу виявлення забруднюючих речовин базується на методі диференціального поглинання і розсіяння (ДПР), як найбільш чутливому методі вимірювання малих концентрацій газів. При цьому враховуються всі специфічні для умов локації на протяжній трасі і параметрів досліджуваної області, фактори, які зумовлюють точність лідарних вимірів. Розроблено аналітичну модель процесу виявлення шкідливих повітряних домішок. Дана модель описує процес порівняння виміряної концентрації молекул газової компоненти з її граничним (фоновим) значенням. Дослідження можливості реалізації методу диференціального поглинання і розсіяння показало, що процес виявлення шкідливих газових домішок описується аналітичною моделлю, яка враховує умови дистанційного зондування по похилих трасах, залежність ефективності вимірювань від складу досліджуваної області, ослаблення зондуючого випромінювання за рахунок поглинання фонової компонентою газу на всій довжині траси.

The solution to the problem of environmental protection and rational use of natural resources depends largely on the development and implementation of methods for air and water operational control. Thus, it is very interesting to consider the issues relating to various aspects of remote monitoring. These studies are primarily aimed at identifying focuses of atmosphere and ocean pollution, evaluating biological productivity of sea, the state of the underlying surface and vegetation. The analysis of the possibility of using the earth lidar sensing dual-frequency method to monitor the contamination of the agricultural land underlying surface is conducted. Construction of analytical model of polluting substances detection process is based on the differential absorption and scattering (DAS) method, which is the most sensitive method for measuring small concentrations of gases. This method takes into account the factors that determine the accuracy of the lidar measurements and characterize both location conditions on an extensional track and studied area parameters. An analytical model of detection process of harmful air pollutants is developed. The model describes the process of comparing measured concentration of gas component molecules to its threshold (background) value. Study the feasibility to use the differential absorption and scattering method demonstrates that the harmful gas impurities detection process can be described by an analytical model taking into account the remote sensing of the inclined tracks conditions and a dependence of measurement effectiveness on the composition of the studied area and the attenuation of the sensing radiation by absorbing background gas components on the entire length of the track.