Лазерное зондирование динамических процессов в верхнем слое океана тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

р г од

1 о к:он

На правах рукописи

Павлов Андрей Николаевич

Лазерное зондирование динамических процессов в верхнем слое океана

01.04.05 -Оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Министерство путей сообщения Российской Федерации Дальневосточная государственная академия путей сообщения

На правах рукописи

Павлов Андрей Николаевич

Лазерное зондирование динамических процессов в верхнем слое океана

01.04.05 -Оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Работа выполнена в Тихоокеанском океанологическом институте Дальневосточного Отделения Российской Академии Наук (г. Владивосток)

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

О.А. Букин.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Ю.Б. Дробот;

кандидат физико-математических наук, доцент С.И. Маренников.

Ведущая организация: Дальневосточный Государственный Технический

Университет

Защита состоится " й^сСИРИ^ ■ 1996 года в /у часов на заседании специализированного совета К. 114.12.01 при Дальневосточной академии путей сообщения по адресу: 680056, Хабаровск, ул.Серышева, 47, ауд. 224

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Дальневосточной государственной академии путей сообщения.

Автореферат разослан " ^ ? " 91_1996 года.

Ученый секретарь специализированного совета К. 114.12.01

Кандидат физико-математических наук > А. И. Илларионов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Широкий круг океанологических задач связан с исследованием гидрофизических процессов, протекающих в верхнем сдое океана. Для решения этих задач интенсивно используются оптические методы исследования. Актуальность лазерного зондирования для регистрации и измерения параметров динамических процессов обусловлена рядом преимуществ этого метода по сравнению с другими способами исследования гидрофизических свойств океана. К числу достоинств метода лазерного зондирования относятся значительный объем и разнообразие получаемой информации, экспрессность, возможность проведения дистанционных наблюдений. Последнее определяет перспективность применения лазерного зондирования в космической океанологии, в частности для исследования макро- и мезомасштабных процессов динамики океана, изучения биологических полей. В этой связи приобретает особую актуальность разработка метода судового лидарного зондирования. Этот метод позволяет получать неискаженную состоянием морской поверхности информацию о гидрофизических процессах, протекающих в верхнем слое океана. Метод судового лидарного зондирования, следовательно, может быть использован для интерпретации и уточнения данных, получаемых аэрокосмическим методом.

Цель работы

Оценка влияния динамических процессов на характеристики светорассеивающих слоев, регистрируемых в верхнем слое океана с помощью лазерного зондирования. Экспериментальные исследования влияния состояния морской поверхности на форму сигнала обратного рассеяния при глубинно-разрешенном лазерном зондировании. Разработка физических основ метода лазерного зондирования в океане, разработка судовых лидарных комплексов и их применение в океанологических и геофизических исследованиях.

Методы исследования

Экспериментальные работы проводились на борту судна во время прибрежных и морских экспедиций. Зондирование осуществлялось с помощью разработанных нами судовых лидаров как через морскую поверхность, так и через гидрооптическую шахту, применение которой исключало влияние состояния морской поверхности на результаты зондирования. Для регистрации и измерения параметров динамических процессов, протекающих в верхнем слое океана, осуществлялся глубинно-разрешенный прием сигнала обратного рассеяния с больших глубин. Это было достигнуто благодаря разработке высокоэнергетических лазерных источников лидара и быстродействующей системы регистрации и обработки сигнала обратного рассеяния. Для обеспечения достоверности полученных результатов одновременно с лидарным зондированием использовались стандартные методы регистрации динамических процессов в верхнем слое океана.

Научная новизна

В диссертационной работе впервые рассмотрены следующие вопросы: -показано, что эффект модуляции гидрооптических характеристик светорассеивающих слоев гидрофизическими процессами может быть использован для регистрации и измерения параметров динамических процессов методом дистанционного лазерного зондирования;

-экспериментально установлены границы применимости метода лидарного зондирования через морскую поверхность для регистрации динамических процессов;

-проведена разработка метода регистрации, обработки лидарного сигнала и отображения данных зондирования, позволяющих получить пространственно-временное распределение светорассеиваюшего слоя;

-разработаны новые экспериментальные схемы судового лидарного зондирования, значительно расширяющие возможности лидаров при исследовании верхнего слоя океана.

Научная и практическая ценность работы

Научно-практическая ценность работы определяется двумя аспектами. Во-первых, применение разработанного метода восстановления пространственно-временной структуры светорассеивающих слоев позволит решать широкий круг океанологических задач: исследование природы и источников короткопериодных внутренних волн, определение структуры течений, оценка биопродуктивносги вод, проведение калибровки данных дистанционного зондирования со спутников и т.д. Во-вторых, технические разработки отдельных узлов гидролидара позволяют использовать их для решения других практических задач. Малогабаритный высокоэнергетический лазер, малогабаритный блок питания лазера и оптических усилителей, быстродействующая система регистрации электрических сигналов используются в настоящее время не только в задачах зондирования океана и атмосферы, но и для исследования быстропрсггекающих процессов в оптоакустике и физике лазерной плазмы.

Работы проводились по госпрограммам "Мировой океан", "Вестпак" и хоздоговорным темам "Росянка" и "1/84".

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

- Всесоюзной конференции "Использование современных физических методов в неразрушающих исследованиях и контроле" (Хабаровск, 1983);

- Всесоюзной школе - семинаре "Методы гидрофизических исследований" (Солнечногорск, 1986);

- 13 Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Минск, 1988);

- Всесоюзном симпозиуме по лазерному и акустическому зондированию (Томск, 1988);

- Fifteenth Intemation Laser Radar Conference (Tomsk. USSR, 1990);

- Intemation Symposium on Marine Sciences ( Pussan. Korea, 1994).

Публикации

По результатам исследований опубликовано 14 работ. Материалы диссертационной работы отражены в двух научно-исследовательских отчетах.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 69 наименований. Работа содержит 124 страницы машинописного текста и 41 рисунок.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

На заидау выносится:

1. Метод дистанционного лазерного зондирования, позволяющий исследовать динамические процессы в верхнем слое океана по их проявлению во временной изменчивости характеристик светорассеиваюших слоев.

2. Применение данных глубинно-разрешенного лидарного зондирования для исследования вертикальной и горизонтальной оптической стратификации океанических вод.

3. Результаты натурного эксперимента по исследованию влияния состояния морской поверхности на шумовые характеристики сигнала обратного рассеяния.

4. Автоматизированный лидарный комплекс для мониторинга гидроогтгических характеристик и исследования динамических процессов в верхнем слое океана.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введения диссертации обоснованы ее актуальность и научно-практическая значимость, определена цель, кратко изложено содержание работы и сформулированы защищаемые положения.

В первой главе приведен обзор литературных данных по использованию метода дистанционного лазерного зондирования в практике океанологических исследований.

В параграфе 1.1 очерчен круг задач, решаемых методом лидарного зондирования. Сигнал обратного рассеяния лазерного импульса несет в себе информацию о среде , связанную с процессами молекулярного рассеяния и рассеяния на частицах (рассеяние Ми), флюоресценции и спонтанного комбинационного рассеяния (СКР), возбуждаемых лазерным импульсом в природных объектах. Широкий круг параметров водной среды (первичные оптические характеристики, температура, соленость, концентрация фитопланктона, содержание органических веществ, нефтепродуктов и т.д.) определяет характеристики эхо-сигнала в широком спектральном диапазоне. Показано, что большая информативная емкость сигнала обратного рассеяния позволяет с успехом применять л ид ары для решения прикладных задач, таких как:

1. Оперативный промер и составление карт рельефа дна внутренних и внешних водоемов;

2. Решение природоохранных и экологических задач, связанных с контролем уровня загрязненности водной поверхности органическими соединениями и нефтепродуктами;

3. Картирование и определение видового состава фитопланктона с целью определения биопродуктивности вод.

4. Лазерная аэролокация косяков рыб.

Не подменяя традиционных способов решения вышеперечисленных задач, лидарный метод позволяет значительно сократить затраты на их решение.

В параграфе 1.2 рассмотрены традиционные способы обработки сигнала обратного рассеяния с целью получения информации о первичных гидрооптических характеристиках среды. Одна из наиболее важных задач лазерного зондирования состоит в определении коэффициента ослабления лазерного излучения в водной среде. Определяемый на основании закона Бугера, коэффициент ослабления может быть измерен по временной структуре сигнала обратного рассеяния. Однако решение этой задачи связано с учетом кратности рассеяния. В силу вытянутости индикатрисы рассеяния, характерной для океанических вод, эффективный коэффициент ослабления убывает до величины истинного коэффициента поглощения по мере увеличения кратности рассеяния и увеличения доли многократнорассеянного излучения в поле зрения приемника

лидара. Корректное измерение первичных оптических характеристик возможно в случае однородной в оптическом отношении среды и предельных временных интервалах. При этом коэффициент ослабления рассчитывается по форме сигнала обратного рассеяния в начальной стадии его формирования и при оптической толщине порядка 1, а коэффициент поглощения - на конечной стадии развития эхо-сигнала, который характеризуется асимптотическим поведением.

В параграфе 13 дан обзор океанологических лидаров для измерения первичных гидрооптических характеристик с точки зрения их конструктивных особенностей. Показано, что геометрия зондирования определяется измеряемой гидрооптической характеристикой. Для измерения показателя ослабления оптимальной схемой зондирования является соосная, при которой оптические оси излучателя и приемника совпадают, а область зондирования ограничена малыми значениями оптической толщины. Напротив, при измерении коэффициента поглощения добиваются максимального увеличения базового расстояния между приемником и излучателем, а регистрацию обратнорассеянного излучения производят с дальних участков трассы.

В параграфе 1.4 формулируется концепция дистанционного мониторинга динамических процессов в верхнем слое океана. Хорошо известно, что большинство гидрофизических процессов наиболее ярко проявляется в области сезонного термоклина, глубина залегания которого варьируется в широких пределах (от нескольких метров в области высоких географических широт до 100 метров в тропической зоне). Наличие больших градиентов гидрологических параметров в области термоклина создаст условия для формирования и распространения внутренних волн и приводит к уменьшению диффузии гидрозоля через слой скачка. Снижение диффузии, в свою очередь, создает благоприятные условия для формирования светорассеивающего слоя, который можно использовать в качестве трассера при исследовании динамики океанических вод.

Задача регистрации динамических процессов, проявляющихся в области залегания термоклина, сводится к исследованию временной изменчивости характеристик светорассеивающего слоя, расположенного в этой области.

Существует три физические величины, которые могут характеризовать структуру светорассеивающего слоя: коэффициент обратного рассеяния - о , коэффициент поглощения излучения - к и коэффициент ослабления излучения -е, который является суммой первых двух величин. При этом коэффициент ослабления е является наиболее информативным параметром, поскольку отражает как светорассеивающие, так и поглощающие свойства среды. Метод лидарного зондирования позволяет производить измерение этой величины по форме сигнала обратного рассеяния. Корректное применение этого метода для определения а и его распределения по глубине возможно лишь при условии квазиоднородности среды и для оптических толщин, не превышающих 1. При проведении зондирования в области термоклина условие квази-днородности светорассеивающего слоя, как правило, не выполняется. В этих условиях величина е , определяемая как производная по времени от натурального логарифма сигнала обратного рассеяния, теряет физический смысл коэффициента ослабления лазерного излучения, поскольку эта производная для неоднородной среды является функцией не только величины в , но и ее градиента по глубине. В данной работе из формы сигнала обратного рассеяния восстанавливается величина е*, равная

8-(Ь) = (-1/2) «1/ёЫ1п(Р(Ь)/ф(Ь)]}, где ЩЬ) - мощность сигнала обратного рассеяния, регистрируемого с глубины И, ф(11) - геометрический фактор лидара.

Для случая однородной и квазиоднородной среды величина е* соответствует коэффициенту ослабления е и может быть использована для описания структуры светорассеивающего слоя. В случае неоднородной среды применимость параметра б* для регистрации динамических процессов по его временной изменчивости должна быть исследована экспериментально.

При решении задачи дистанционной регистрации гидрофизических процессов, используя характеристики светорассеивающих слоев, лидарная установка должна производить зондирование во всем диапазоне глубин, где проявляются эти процессы, и иметь разрешающую способность, соизмеримую с характерными размерами светорассеивающего слоя. Поскольку область термоклина определяет наиболее благоприятные условия регистрации динамики океанических вод, то и диапазон зондирования определяется предельными значениями глубин

расположения термоклина (практически от поверхности до 100 метров). Характерные размеры светорассеивающего слоя зависят от размеров области термоклина, величин градиентов гидрологических параметров в слое скачка и от многих других причин. Минимальные размеры светорассеивающего слоя могут быть меньше длины зондирующего импульса. Это означает, что лидарная установка должна иметь разрешение по глубине зондирования не хуже длины зондирующего импульса. На основании этого в разделе 1.4 сформулированы основные требования к судовому лидарному комплексу и показано, что решение поставленной задачи невозможно без разработки как высокоэнергетического лазерного источника, так и быстродействующей системы обработки сигнала обратного рассеяния.

В главе 2 проведено описание разработанной аппаратуры для лидарных комплексов.

В параграфе 2.1 представлен расчет схемы одномодового Nd:YAG лазера и описаны его основные характеристики. Для решения поставленной задачи требуется высокоэнергетический лазер, позволяющий регистрировать сигнал обратного рассеяния с больших глубин. Лабораторные эксперименты показали, что применение более чем одного каскада оптических усилителей возможно только при устойчивом выделении основной моды генерации лазера. Были рассчитаны параметры резонатора Фабри-Перо с большой эффективной длиной, позволяющие получить устойчивое выделение основной моды излучения. Положение селектирующей диафрагмы в резонаторе подбиралось экспериментально с учетом термолинзы активного элемента лазера. С целью уменьшения массо-габаритных характеристик излучателя был разработан малогабаритный генератор управления электрооптическим затвором. Излучатель выполнен в виде моноблока, включающего в себя оптические усилители и МГИН. Параметры излучателя: длина волны излучения - 532 нм, энергия в импульсе - до 200 мДж, длительность импульса - 12 не, частота следования импульсов - до 10 Гц.

В параграфе 2.2 приведены результаты разработки малогабаритного блока питания твердотельного лазера и оптического усилителя. Блок разрабатывался с целью повышения надежности работы лазера в условиях морских экспедиций и уменьшения массо-габаритных характеристик. Малогабаритный блок питания ламп

накачки твердотельного лазера и оптического усилителя работает от трехфазной сети без нулевого провода и обеспечивает одновременную работу двух ламп накачки с током дежурной дуги до 0.8 ампер при частоте посылок лазерных импульсов до 25 Га Напряжение накачки регулируется в пределах 400 -800 В. Вес блока - 20 кг.

Значительное уменьшение массы и габаритов было достигнуто за счет применения в силовой части блока бестрансформаторной схемы тиристорного регулируемого выпрямителя с ЬС фильтром и коммутируемой нагрузкой. Значительное увеличение напряжения на накопительной емкости (по сравнению с пиковым значением межфазного напряжения) достигается за счет ЭДС самоиндукции дросселя и резонансного возбуждения ЬС фильтра при разорванной цепи нагрузки.

В параграфе 2.3 описан электронный блок обработки сигнала обратного рассеяния. Приведены схема и описание электронного блока для управления чувствительностью приемного ФЭУ, быстродействующая система цифро-аналогового преобразования сигнала обратного рассеяния, представлены временные диаграммы управляющих импульсов системы обработки сигнала и блока управления работой лидара. Елок импульсной модуляции чувствительности ФЭУ обеспечивает глубину модуляции до 60 Дб. Он был разработан для согласования динамического диапазона сигнала обратного рассеяния с динамическим диапазоном системы цифро-аналоговой обработки сигнала.

Быстродействие системы АЦП обеспечивалось последовательным срабатыванием четырех аналого-цифровых преобразователей, что обеспечило частоту дискретизации принимаемого сигнала 80 МГц. Такая система обработки позволила достичь пространственного разрешения принимаемого сигнала по глубине порядка 1.2 метра.

Блок управления работой лидара, выполненный в стандарте КАМАК, обеспечивает синхронную работу всех модулей лидарного комплекса и осуществляет интерфейс между аппаратурой и управляющей ЭВМ. Програмное обеспечение комплекса позволяет производить зондирование в автоматическом режиме и осуществлять обработку информации в реальном масштабе времени.

В яараграфе 2.4 дано обоснование выбора оптической схемы зондирования. Показано, что при глубинном зондировании основным фактором, искажающим форму сигнала обратного рассеяния является сигнал отражения от поверхности. Проанализировано влияние этого фактора в соосной и разнесенной схемах зондирования. Определены оптимальные параметры огтгической схемы зондирования для уменьшения влияния этого фактора.

В главе 3 описаны натурные эксперименты по зондированию ВСО через морскую поверхность.

В яараграфе 3.1 проведен анализ влияния состояния морской поверхности на форму сигнала обратного рассеяния. Проанализированы такие факторы, как перегрузки фотопроиемников, возникающие в результате интенсивной засветки фотокатода приемника бликовой вспышкой от поверхности, увеличение дисперсии интенсивности сигнала обратного рассеяния за счет эффекта усиления сигнала при двойном прохождении взволнованной поверхности и за счет эффектов фокусировки излучения неоднородностями морской поверхности. Обсуждаются способы подавления бликового сигнала с использованием пространственно-временной фильтрации.

В яараграфе 3.2 описан четырехканальный судовой лидар для зондирования верхнего слоя океана через открытую морскую поверхность. Два канала предназначены для одновременной регистрации сигнала обратного рассеяния с различных участков трассы зондирования. Третий канал осуществляет прием сигнала обратного рассеяния с приповерхностного слоя в спектральной полосе сигнала комбинационного рассеяния на молекулах воды. В четвертом канале производится регистрация интенсивности бликовой вспышки от взволнованной поверхности. Конструкция лидара позволяет, при необходимости, использовать сканирующий монохроматор в канале регистрации сигнала комбинационного рассеяния (1^,) . Введение канала комбинационного рассеяния в конструкцию лидара было осуществлено с целью применения хорошо известного в лидарном зондировании метода внутреннего репера (нормировка принимаемого сигнала на интенсивность сигнала обратного рассеяния), который в данной работе используется для ослабления влияния взволнованной поверхности на результаты зондирования.

В параграфе 3.3 описаны натурные эксперименты по регистрации динамических процессов через открытую морскую поверхность.

1ДЩ а

5ч.30мнн. б

5ч. ЗОмин. 6ч. 4 Оман. в

5ч. ЗОмин. 6ч. 40мин.

Рис.1 Зависимость нормированного сигнала обратного рассеяния (1/1кр) от времени.

а- слой 15-45 метров, б-слой 35-50 метров, в-слой 50-80 метров Приведены данные регистрации внутренних волн методом лидарного зондирования. Результаты измерений сопоставляются с данными регистрации внутренних волн с помощью термокосы. На рис. 1 приведен результат регистрации процесса опускания светорассеивающего слоя, образованного фитопланктоном (в утренние часы). Уменьшение сигнала обратного рассеяния в приповерхностном канале регистрации сопровождается увеличением сигнала в глубинном канале, что соответствует опусканию светорассеивающего слоя. Несколько ранее (с разницей в 20 минут) по эхолоту было отмечено опускание биомассы в виде узкого слоя. Разница времени опускания звуко- и светорассеивающего слоев обусловлена различной природой рассеивателей. Звукорассеивающий слой образован более подвижной фракцией планктона - зоопланктоном, который значительно быстрее реагирует на изменение светового режима в приповерхностном слое по отношению к клеткам фитопланктона, образующего светорассеиваюший слой.

В параграфе 3.4 обсуждается границы применимости метода внутреннего репера (калибровка на сигнал комбинационного рассеяния (КР)) при проведении

глубинного зондирования. Анализируются возможные ошибки, возникающие из-за вклада сигнала флюоресценции растворенного органического вещества и фитопланктона в спектральную область КР воды, а также из-за развития процесса вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) при зондировании мощным лазерным излучением. Показано, что в случае зондирования в водах с большими концентрациями фитопланктона применимость метода нормировки на КР ограничена плотностью мощности зондирующего импульса 100 Квт/см2. В параграфе 3.5 приводятся экспериментальные исследования влияния состояния морской поверхности на результаты регистрации динамических процессов в верхнем слое океана. Оценка состояния морской поверхности проводилось по энергетическому распределению интенсивности бликовой вспышки от взволнованной поверхности (рис. 2). Ширина энергетического спектра характеризует состояние морской поверхности. При появлении мелкомасштабной ветровой ряби происходит деформация спектра в сторону его уширения (Рис. 2, спектры 4, 3, 6) по сравнению с гладкой поверхностью (Рис. 2, спектры 1, 2, 3). При этом резко возрастает дисперсия сигнала обратного рассеяния. При появлении сильной ветровой ряби (Рис. 2, спектр 6) дисперсия сигнала обратного рассеяния приближается к 1.

0.1 Л 0.1 . Вфвмл: 08.04 • 06.16 Л

0.1 а ВрСня: 0X0* • &20 /V 0.1 . 1р(м: 0».1»-0в.21 ^-

0.1 - . аром. 02 20- 02.il А 0.1 ■ Вр|мг 06.20 «06.40

256 1) ' 256

Рис. 2. Энергетический спектр интенсивности бликовой вспышки лазерного излучения, отраженного от морской поверхности. По оси ординат отложена величина плотности вероятности регистрации бликового сигнала. По оси абсцисс-интенсивность бликового сигнала в отсчетах цифро-аналогового преобразователя.

При лазерном зондировании через морскую поверхность в условиях полного штиля результаты регистрации внутренних волн хорошо коррелируют с данными контактных методов измерения термокосой (коэффициент корреляции 0.82). Результаты регистрации внутренней волны в условиях полного штиля приведены на рис. 3.

В главе 4. описаны результаты разработки метода и аппаратуры для зондирования ВСО через гидрооптическую шахту судна, исключающую влияние состояния морской поверхности на результаты лидарного зондирования. Эта схема позволяет наблюдать в чистом виде динамические процессы, модулирующие характеристики светорассеивающих слоев в океане.

В параграфе 4.1 приведена конструкция гидролидара, схема заводки лазерного излучения в воду и оптическая схема приема. Приведены результаты расчета геометрического фактора установки при учете экранирующего влияния системы заводки лазерного излучения в воду.

Рис. 3. Временная зависимость коэффициента ослабления (S*) (кривые 2, 3, 4) и температуры (Т) (кривая I). 2, 3 - слой 39-42 метра (усреднение 180 сек. и 60 сек. соответственно ), 4 - слой 33-36 метров (усреднение 60 сек.)

В параграфе 4.2 приведены результаты натурных измерений, выполненных по ходу судна с целью определения пространственной изменчивости коэффициента ослабления лазерного излучения в ВСО.

В параграфе 4.3 приведены результаты измерения внутренних волн лидарным методом в условиях зондирования через гидрооптическую шахту судна. Показано, что устранение искажающего влияния морской поверхности позволяет получить лучшую коррелируемость данных лидарного зондирования с результатами контактных измерений (коэффициент корреляции 0.94).

Приводится пространственно-временное распределения структуры светорассеивающего слоя, полученного лидарным зондированием по ходу судна. На рис. 4 приведен пример пространственно-временной структуры распределения коэффициента ослабления е* для квазиоднородной среды..

Ш;0.08111 01 ШО.ПН 0Л4Ц 0.16Н1 0.18 ■ 0.2 Ц0Л2 к"

Рис. 4 Пространственно-временная структура светорассеивающего слоя. Градации цвета соответствуют величине коэффициента ослабления лазерного излучения.

Непрерывное распределение е* показано в виде слоистой структуры с помощью изолиний. По вертикальной оси отложена глубина (Н) в метрах, по горизонтальной

16

- время измерения (0 в минутах. Градации серого цвета соответствуют значениям величины е*, приведенным в нижней части рисунка. В правой части рисунка приведено вертикальное распределение температуры (Т).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В заключение сформулируем основные результаты работы:

1. Впервые применен метод дистанционного лидарного зондирования для регистрации динамических процессов в верхнем слое океана.

2. Разработаны методики исследования гидрофизических и динамических процессов в верхнем слое океана методом дистанционного лазерного зондирования. Экспериментально подтверждена эффективность метода для регистрации внутренних волн и динамики светорассеивающих слоев, образованных фитопланктоном.

3. Впервые дистанционным методом проведена регистрация внутренних волн в слое термоклина. Определены их периоды, показана возможность измерения амплитуды внутренних волн. Полученные результаты хорошо коррелируют с данными контактного метода измерения термокосой (коэффициенты корреляции равны 0.82 и 0.94 при проведении зондирования через гладкую морскую поверхность и гидрооптическую шахту соответственно).

4. Разработаны методика и судовые лидарные комплексы для исследования пространственно-временных характеристик светорассеивающих слоев в океане. Впервые проведено восстановление оптической структуры светорассеивающего слоя с использованием данных глубинноразрешенного лидарного зондирования.

5. Разработана специализированная аппаратура для автоматизированных судовых лидарных комплексов с высокими эксплуатационными характеристиками, которые обеспечивают надежную работу лидаров в условиях морских экспедиций и позволяют проводить измерения в реальном масштабе времени как по ходу судна, так и при работе на станциях.

6. Получены экспериментальные данные, позволяющие оценить влияние состояния морской поверхности на результаты глубинного зондирования. Показано, что присутствие мелкомасштабной ветровой ряби на морской поверхности приводит к трудноустранимым искажениям сигнала обратного

рассеяния. Зондирование через судовую гидрооптическую шахту позволило устранить искажающее влияние морской поверхности.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1. Тяпкин В.А., Лысун В.Н., Букин O.A., Столярчук С.Ю., Павлов А.Н. Малогабаритный блок питания для твердотельного лазера и оптического усилителя // Приборы и техника эксперимента. - 1986. - Мз2. - С. 176-178. 2. Ильичев В.И., Букин О Л., Павлов А.Н. и др. Применение глубинного лазерного зондирования для исследования динамических процессов в океане // Доклады Академии наук СССР. - 1988. - Т. 303. - №6. - С. 1482-1485.

3. Ильичев В.И., Букин О.А, Павлов А.Н. и др. Стратификация коэффициента ослабления лазерного излучения в верхнем слое океана по данным лидарного зондирования // Доклады Академии наук СССР. - 1990. - Т. 312. - №4. С. 972-973.

4. Pavlov A.N., Il'ichev V.I.,Tyapkin V.A.,Bukin O.A. Detection of the dynamical processes in the upper oceanic layer by lidar sounding // 8-th International Conference of Coherent and Nonlinear Optic. Part 2. Abstract of papers. - 1988. - Minsk. USSR.-P. 218-219.

5. Ильичев В.И., Букин O.A., Павлов АН. и др. Автоматизированный лазерный комплекс для исследования параметров верхнего слоя океана // Тихоокеанский ежегодник - Владивосток, 1988. - С. 185-190.

6. Ильичев В.И., Букин O.A., Павлов А.Н. и др. Комплексное исследование лидарным и содарным методами процессов рассеяния в верхнем слое океана // Тез. докл. X Всесоюзного симпозиума по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. - Томск, 1988. - С. 118-123.

7. Ильичев В.И., Букин O.A., Павлов АН. и др. Судовой гидролидарный комплекс для зондирования верхнего слоя океана // Оптика атмосферы и океана.-1994. - Т. 7. - № 10. - С. 1403-1409.

8. Pavlov A.N., Bukin O.A., Ilychev V.l., Critsky I.A. Lidar Sounding of the oceanic layer // Fifteenth International Laser Radar Conference. Abstract of papers. Part 2.- Tomsk.USSR, 1990. - P. 52-56.

9. Павлов А.Н., Букин O.A., Кисилев В.Д. и др. Комплексное оптихо -акустическое зондирование верхнего слоя океана. Владивосток, 1988. Деп. в ВИНИТИ. № 8118-В-88.

10. Павлов А.Н., Букин O.A., Ильичев В.И. и др. Некоторые результаты лидарного зондирования верхнего слоя океана. Владивосток, 1989. Деп в ВИНИТИ. № 6502-В-89.

11. Pavlov A.N., Alekseev A.V., Bukin O.A., Tyapkin V.A. Monitoring of marine pollution by modem physical methods // International Symposium on Marine Sciences. Abstract of papers. - Pussan. Korea, 1994. - P. 5.

12. Богданов C.C., Букин O.A., Павлов А.Н. и др. Регистрация волновых процессов в верхнем слое океана методами лазерного зондирования // Тез. докл. Всесоюзной школы семинара "Методы гидрофизических исследований", секция Неконтактные методы в гидрофизике. - Солнечногорск, 1986. - С. 19.

13. Ильичев В.И., Павлов А.Н., Букин O.A. Лазерное зондирование светорассеивающих слоев в океане // Тез. докл. 10 Всесоюзного симпозиума по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. - Томск, 1988. - С. 123-128.

14. Павлов А.Н., Букин O.A. и др. Исследование спектров флюоресценции фитопланктона для задач дистанционного зондирования // Тез. докл. Всесоюзной конференции "Использование современных физических методов в неразрушаюших исследованиях и контроле". - Хабаровск, 1983. - С. 235.