Максимальный вклад в коэффициент рассеяния дают частицы размерами 0,1 —1,0 мкм, которые в большинстве своем состоят из сульфатов. Для определения распределения этих частиц достаточно проводить измерения в видимой области спектра. Применение метода оптимальной параметризации для оценки распределения аэрозоля по результатам лазерного зондирования является наиболее эффективным. А использование описанной выше модели аэрозоля позволяет проводить оперативную обработку эхо-сигналов непосредственно на борту лидарной системы, что невозможно сделать при использовании численных моделей. Использование аппроксимированной функции Ми в качестве ядра модели не приводит к большим ошибкам.
При наличии данных, полученных путем длительных измерении концентрации аэрозольных загрязнений, присущих данному району, появляется возможность разделения антропогенного загрязнения и естественного аэрозоля, присущего данному району. Так как достаточно хорошо установлена однозначная корреляционная связь между сульфатными частицами и коэффициентом рассеяния или видимостью, то по непрерывным измерениям коэффициентов рассеяния и временным вариациям этого коэффициента даже на одной длине волны можно путем частотной селекции этих измерений разделить аэрозольные массы, привнесенные фронтами, и локальные естественные аэрозоли (местный фон). Первые из них характеризуются долгопериодными вариациями видимости или коэффициента рассеяния, а вторые — короткопериодными вариациями видимости. При наличии лазерного зондирования можно получать высотные профили коэффициента рассеяния, характеризующие высотное рассеяние аэрозольных концентраций. Таким же образом можно измерять концентрации аэрозолей в городах, которые тоже, несмотря на наличие источников, будут зависеть от химических и динамических процессов.
Лидарные системы также позволяют измерить высотный профиль распределения сульфатных концентраций в слое перемешивания. Максимум концентрации сульфатов наблюдается на высоте 400—500 м. В настоящее время дальность зондирования промышленных образцов лидаров достигает 1—3 км.
Исследования дальнего переноса с помощью лазеров путем измерения прозрачности и видимости можно проводить с самолетов и со спутников. Подобные измерения позволяют получать представление о глобальном переносе загрязняющих веществ в пространстве и во времени. Оперативные метеорологические спутники фиксируют яркость, контрастность облачности, с помощью этих данных можно строить карты крупномасштабных распределений атмосферной пыли, дымок и смога. Инфракрасный спектрометр позволяет с разрешением 4 км давать информацию о восходящем излучении в области 10,5—12,5 мкм. С помощью радиометра данные получают в области 0,54—0,70 мкм с разрешением 1 км. Измерения проводятся в 30-минутном интервале.
Анализ данных метеорологических спутников показал, что пылевые вкрапления достаточно больших размеров хорошо коррелируют с сульфатными концентрациями. Таким образом, по спутниковым данным могут быть изучены процессы дальнего переноса и удаления примесей загрязняющих веществ из атмосферы. Четко идентифицируется увеличение загрязнений с приходом определенных фронтальных масс. Спутниковые данные, кроме того, позволяют экстраполировать характеристики видимости, связанные с присутствием аэрозольных загрязнений на больших высотах, до 100 км, что очень важно для высотной авиации.
Кроме того, на основе спутниковых данных можно построить статистические и физические модели атмосферной турбулентности, видимости и распределения сульфатов. Отметим, однако, что для количественной оценки сульфатной массы необходимо преодолеть ряд трудностей, характерных вообще для спутниковых измерений. А именно: важно хорошо знать альбедо системы Земля—атмосфера и подстилающей поверхности. В этом .плане использование лазерных излучателей, установленных на Земле или спутнике, могут существенно упростить проблему в силу монохроматичности и стабильности излучения по мощности. Спектральные измерения со спутников позволяют оценить концентрации озона, S02 и др. Так, в 1976 г. с помощью спутников были обнаружены области с максимально высокими концентрациями озона (до 80 млрд-1). Определение таких ультравысоких концентраций и есть задача мониторинга.
Лазерный мониторинг атмосферных аэрозолей позволяет оценить и скорость переноса аэрозолей с воздушными массами. Для этой цели служит лазерный доплеровскии измеритель скорости. В основе этого измерителя лежит непрерывно излучающий лазер.
5. Разработки в данной области
ГИС (геоинформационная система) – система, предназначенная для сбора, хранения, преобразования и представления географической информации. Принципиальное отличие ГИС от экологических или других банков данных природной информации состоит в их явно выраженной региональной направленности, что достигается благодаря использованию картографических материалов как источника информации и объекта формализованной обработки.
Наибольший эффект достигается, когда оперативность, точность, полнота, выразительность, доступность и комфортность в представлении информации, выходят на первый план. Это – мониторинг окружающей среды, обработка данных дистанционного зондирования, решение задач оптимального размещения промышленных предприятий.
Использовалась в Луганской области для определения выбросов формальдегида фотометрическим методом. Основана на использовании модели Эйлера на грубой сетке и определялась локальной моделью вблизи источника. Состоит из БД, содержащих статистическую информацию о концентрациях примесей в ячейках сетки, вертикальных профилях параметров сетки, значения, получаемых от радиозондов, наземных станций и т.д.
Недостаток заключается в том, что фотометрический метод сбора информации дает большую погрешность, плюс метод Эйлера при расчете дает погрешность расчета. В итоге погрешность расчета разовых концентраций может составлять 40-50%. [4]
При реализации ГИС-проекта для бассейна Волги был сконфигурирован комплекс (АК-ГИС), объединяющий в себе модуль по приему спутниковой информации и модуль по ее обработке. При его создании использовались существующие или специально разработанные аппаратно-программные средства и методы, позволяющие обеспечить получение необходимого решения.
В качестве базового графического пакета используется многофункциональный графический редактор Microstation, ядром системы программного обеспечения является модульная геоинформационная среда MGE, программные модули функционируют в операционных системах Unix и Windows NT. Описанная система приема и обработки ДЦЗ не является полностью завершенной, но она функционирует и позволяет решать многие задачи мониторинга природных комплексов Волжского бассейна аэрокосмическими методами.
Был проведен научный поиск по теме «Мониторинг и контроль атмосферы промышленного района Донбасса по определенным вредным компонентам», анализ сложившейся ситуации с атмосферным загрязнением в Донецкой области, обоснована актуальность решения задачи расчета рассеяния ЗВ. Были изучены имеющиеся по данному вопросу компьютерные системы и проведен их анализ.