Статистическое моделирование процессов переноса широкополосного излучения в проблеме лидарного зондирования тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Лисенко Андреи Александрович

СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА ШИРОКОПОЛОСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПРОБЛЕМЕ ЛИДАРНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Специальность 01.04.05 - «Оптика»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск-2009

003476446

Работа выполнена в Институте оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор, Креков Георгий Михайлович

Научный консультант: доктор физико-математических наук,

Матвиенко Геннадий Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Белов Владимир Васильевич

доктор физико-математических наук, Прокофьев Владимир Егорович

Ведущая организация: Институт вычислительной математики

и математической геофизики СО РАН, г. Новосибирск

Защита состоится 25 сентября 2009 г. в 16 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 003.029.01 в Институте оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН по адресу: 634021, г. Томск, пл. Академика Зуева, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН.

Автореферат разослан 24 августа 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук „ р " Веретенников В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последнее время явление лазерно-индуци-руемой флуоресценции (ЛИФ) определило физическую основу развития новых эффективных средств дистанционного обнаружения и идентификации широкого класса молекулярных соединений, патогенных примесей и эко-токсикантов в приземной атмосфере, а также послужило стимулом к развитию методов лидарного зондирования растительного покрова содержащего активные флуорофоры и специфические формы органического аэрозоля.

Первые успешные эксперименты по лидарному зондированию на основе ЛИФ были описаны в работах Кондратьева и Позднякова по контролю содержания фитопланктона в приповерхностном слое водоемов. Одни из первых измерений ЛИФ растительного покрова были выполнены в Институте оптики атмосферы А.И. Гришиным и Г.Г. Матвиенко. Попытки диагностики биогенного аэрозоля в тропосфере на первых этапах оказались несостоятельными. Это дало основание ряду авторов сделать заключение о неперспективности использования флуоресцентных лидаров для дистанционного зондирования. В настоящее время появление нового поколения источников и новой техники стимулирования ЛИФ, а также возросшие возможности приема открывают заново возможности флуоресцентных лидаров в атмо-сферно-оптических исследованиях. Это и мониторинг растительного покрова планеты, который содержит широкий комплекс активных, реагирующих на процессы метаболизма, и чрезвычайно актуальная проблема реализации эффективных дистанционных методов обнаружения и идентификации биоаэрозолей опасных для здоровья человека (споры, бактерии, вирусы и пр.). Как показывают лабораторные т-яНи измерения, ЛИФ обеспечивает наивысшую чувствительность по отношению к другим методам. На настоящий момент лидарные измерения в реальных атмосферных условиях пока ограничены короткими трассами. Эти ограничения связаны не только с малой спектральной интенсивностью ЛИФ, но и с трудностями корректной интерпретации получаемых спектров. Дело в том, что спектры ЛИФ от класса протеинов и даже живых микроорганизмов часто имеют подобный качественный характер. Более того, на протяженных атмосферных трассах, например, в вертолетной системе зондирования, спектры ЛИФ имеют тенденцию к искажению и сглаживанию за счет интерференции и многократного рассеяния в окружающем естественном аэрозоле. Технически эти трудности преодолеваются путем использования «ритр-апс1-ргоЬе» метода, мультис-пектральной флуоресценции, многофотоннон ЛИФ, эффекта насыщения флуоресценции, высокочастотной амплитудной модуляции ЛИФ. В методическом плане хорошие перспективы связываются с применением алгоритмов искусственных нейронных сетей. Однако, как отмечается в диссертации, точность классификации и распознавания искомых образов существенно зависит от погрешности обрабатываемой информации.

Цслыо диссертационной работы является развитие методологии статистического моделирования для решения класса задач переноса широкополосного излучения в дисперсных средах, возникающих при лидарном зондировании атмосферы и растительного покрова.

Для достижения сформулированной цели были решены следующие задачи.

1. Исследование пространственно-временных и спектральных характеристик сигналов флуоресцентного лидара в аэрозольной атмосфере, содержащей органические примеси, на основе численного решения системы взаимосвязанных уравнений переноса излучения ЛИФ методом Монте-Карло.

2. Обоснование микрофизической модели растительного листа как локального объема дисперсной среды и построение его оценочной оптической модели.

3. Численное исследование функциональных взаимосвязей оптических характеристик листа с его биофизическим состоянием как базовых критериев для развития количественных методов дистанционного зондирования.

4. Численное исследование пространственно-временных и спектральных характеристик сигналов флуоресцентного лидара в растительном покрове как мультифазпой дисперсной среде.

6. Разработка и программная реализация новых алгоритмов статистического моделирования для оценки возможного влияния процессов реаб-сорбции ЛИФ в объеме листа на спектральные характеристики флуоресцентного лидара.

6. Проведение совместного лабораторного и виртуального эксперимента в целях валидации разработанной оптической модели листа и нового алгоритма учета реабсорбции ЛИФ.

7. Оценка потенциальных возможностей эксиплексных ламп как нового поколения континуальных источников УФ-излучения в задачах флуоресцентной и абсорбционной спектроскопии.

Научная новизна работы может быть кратко сформулирована следующим образом.

1. Для решения задачи формирования и радиационного переноса широкополосного излучения лазерно-индуцируемой флуоресценции с учетом процессов реабсорбции впервые в теории переноса оптического излучения предложена и реализована методология численного решения (в рамках метода Монте-Карло) системы взаимосвязанных нестационарных уравнений переноса, содержащих функции источников указанных процессов.

2. Предложена новая оптическая модель растительного листа как мультифазпой дисперсной системы, содержащей протоплазму, пузырьки воздуха, клетки и биологические микроэлементы, способные к активной ЛИФ.

3. Развита новая концепция радиационной модели растительного покрова, включающая листву не как стохастический набор дискретных пло-

ских отражателей (в традиционных моделях), а как стохастическую систему локальных, случайно ориентированных дисперсных образований.

4. Впервые предложена и обоснована перспективность использования новых эксиплексных источников континуального УФ-излучения в задачах атмосферной флуоресцентной и абсорбционной спектроскопии.

Научная п практическая значимость работы. Работа выполнена в рамках программ фундаментальных исследований «Развитие поляризационных, доплеровскнх, флуоресцентных и рамановских технологий лндар-ного мониторинга атмосферы и подстилающей поверхности» и «Развитие физических основ дистанционных методов и создание на их основе новых приборов для диагностики газово-аэрозольных эмиссий из лито- и гидросферы и при антропогенном воздействии на биоту». Результаты работы расширяют возможности флуоресцентных методов лндарного зондирования атмосферы и растительного покрова, определяют границы их применимости в условиях активных помех многократного рассеяния. Результаты работы нашли практическое приложение при выполнении грантов РФФИ № 09-01-00698,09-05-00738,09-07-00477,07-01-005509, гос. контракта 2006-РИ-26.0./001/193, хоз. договорных НИР «Аксис-ИОА», «Фантом», «Лидар», «Космос-лидар-Т». По четвертой главе диссертации практическая значимость подтверждается двумя Российскими патентами: патент 1Ш 2281581 С1. Приоритет 23.12.2004 и патент 1Ш 42694 Ш. Приоритет 21.07.2004.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Предложенная методология численного решения (в рамках метода Монте-Карло) системы взаимосвязанных нестационарных уравнений переноса широкополосного оптического излучения позволяет эффективно решать задачу формирования и искажения спектров ЛИФ, используемых для ли-дарпой диагностики органических соединений в реальной атмосфере. Показано, что в экстремальных условиях низкой прозрачности атмосферы помеха многократного рассеяния существенно искажает спектр ЛИФ исследуемых органических соединений, приводя к его смещению в сине-голубую часть спектра.

2. Оценочная оптическая модель растительного листа как мультифаз-ной системы, включающей три агрегатных составляющих дисперсной среды, позволяет более адекватно оценить особенности формирования радиационного режима в объеме листа, включая эмиссию флуоресценции. Установлено, что определяющую роль в формировании радиационных потоков в объеме двудольного листа играют гранулы хлорофилла с характерными размерами 0,2-2,0 мкм и хлоропласты (1,5-5,0 мкм).

3. Влияние относительного содержания хлорофиллов (а и Ь), кароти-ноидов и других органических пигментов в паренхиме листа неоднозначно отражается на поведении спектров ЛИФ ввиду сложных процессов радиационного обмена, среди которых определяющее место занимает процесс

реабсорбции, играющей важную роль в формировании результирующих спектров флуоресценции. Учет эффектов реабсорбции потребовал дальнейшего расширения исходной системы уравнений переноса и соответствующей модификации ряда базовых алгоритмов метода Монте-Карло.

4. Улучшенная концепция радиационной модели растительного покрова, включающая листву не как стохастический набор дискретных плоских отражателей (в традиционных моделях), а как стохастическую систему локальных, случайно ориентированных дисперсных образований, позволяет естественным образом включить в схему статистического моделирования физические механизмы возникновения и трансформации ЛИФ в объеме листа.

5. Функциональные возможности атмосферной флуоресцентной и абсорбционной спектроскопии могут быть существенно расширены в область глубокого ультрафиолета, где расположены полосы поглощения многих патогенных атмосферных примесей, за счет использования новых источников некогерентного континуального излучения - эксиплексных ламп. Результаты совмещенного виртуального и лабораторного экспериментов на основе XeCl-эксилампы подтверждают этот вывод.

Личный вклад автора. Результаты, представленные в работе, получены при непосредственном участии автора либо самостоятельно. Автор участвовал в постановке задачи и обсуждении результатов, самостоятельно выполнял программную реализацию алгоритмов, участвовал в написании статей и подготовке докладов.

Публикации. Основные результаты по теме диссертационной работы опубликованы в виде 1В статей в центральных отечественных и зарубежных журналах, 8 тезисов докладов на российских и международных конференциях, 2 российских патентов.

Аиробация результатов. Результаты исследований докладывались на VII, VIII Международных конференциях «Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул» (Томск, 2005, 2007 г.), XVI Международном симпозиуме «Газовый разряд и его применения» (Xi'an, China, 2006 г.), ХШ Рабочей группе «Аэрозоли Сибири» (Томск, 2006 г.), XIV и XV Международных симпозиумах «Оптика атмосферы и океана» (Томск, 2006, 2007 г.), III Всероссийской конференции «Взаимодействие высококонцентрированных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине» (Новосибирск, 2009 г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. В ней содержится 112 страниц машинописного текста, 34 рисунка, 1 таблица и 167 ссылок на литературные источники. Номера разделов диссертации составляются из порядковых номеров главы и самого раздела, аналогичная система принята для нумерации формул таблиц и рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во внсдсппп обоснована актуальность темы диссертации, дается оценка современного состояния вопроса, определены цель и задачи исследования, дана оценка научной новизны, достоверности и практической ценности полученных результатов, сформулированы положения, выносимые на защиту.

Первая глава диссертации содержит обзор проблемы и анализ литературы посвященной задаче лидарного зондирования биоаэрозоля в атмосфере на основе явления лазерно-индуцированной флуоресценции. Основное внимание уделялось описанию метода численного моделирования переноса широкополосного излучения ЛИФ в атмосферном канале зондирования на основе системы двух взаимосвязанных уравнений переноса излучения. Проведено численное исследование методом Монте-Карло пространственно-временных и спектральных характеристик сигналов флуоресцентного лидара в аэрозольной атмосфере, содержащей органические примеси. Получены качественные оценки влияния экстремальных условий низкой прозрачности атмосферы на искажения спектра ЛИФ исследуемых органических соединений.

В разделе 1.1 дана постановка задачи лидарного зондирования биоаэрозоля в атмосфере на основе явления лазерно-индуцированной флуоресценции. Изложены физические основания для модификации и разделения исходных уравнений переноса широкополосного излучения ЛИФ на базовое нестационарное уравнение переноса, регламентирующее распространение лидарного сигнала в среде на длинах волн возбуждения ЛИФ (1), и уравнение переноса для последующей эмиссии флуоресцентного света на длине волны А.' е А (А - область спектра эмиссии ЛИФ) (2).

Здесь /(г, £2,/, X) — интенсивность излучения на длине волны А. в точке г в направлении £1; (А., £1', £1) - объемный коэффициент направленного упругого светорассеяния; а(Х) - полный коэффициент ослабления на длине волны X, т.е. а(Х) = а(Х) + а^(Х), где а(Х) = ам(Х) + аг,(Х), ам(Х) - коэффициент поглощения частицами среды за счет тепловой диссипации; а./.(Х) -поглощение флуорофорами; а,<,(Х) = ам(Х) + сгл(А); <х«(А), стл(А.) - коэффициенты упругого и неупругого (рамановского) рассеяния; с - скорость света. Внешний источник Ф0(г,;) возбуждает флуорофоры с коэффициентом поглощения аДА.) на длине волны излучения лазера А,. Спектральная интенсивность 1р последующей эмиссии флуоресцентного света на длине волны X' будет удовлетворять уравнению

с"1—+ ПУ + ст(г,А) /(г,£2,/Д) =

д1

(1)

с"1— + £Г7 + а(гД')

дх

/(г,Я,тД') =

4л J

4л

4л

где

Ф/о (г, т, X, А') = ф(Г)сс,, (УФ) f/(r, £2, т, X)

<Й1

- функция распределенных по объему среды внутренних источников ЛИФ, зависящая от интенсивности возбуждающего излучения, сечения поглощения а ¡.(к), квантовой эффективности ф(А.') и времени затухания q(x) флуоресценции. Предложенная система интегральных уравнений решалась совместно методом Монте-Карло. В качестве основных модификаций, направленных на понижение дисперсии, использовались методы локальной оценки потока и модифицированной формы аналитического осреднения.

В разделе 1.2 рассмотрены особенности статистического моделирования методом Монте-Карло предложенной системы интегральных уравнений переноса в граничных условиях, отражающих геометрию реального эксперимента. Изложена структурная схема статистического моделирования с учетом флуоресценции, и выполнена модификация метода «аналитического осреднения». Детали алгоритма подробно изложены в [9].

В разделе 1.3 на основании классических представлений теории Кра-мерса-Гейзенберга кратко изложены необходимые понятия, определяющие оптическую модель флуоресцентного канала. Приводятся известные соотношения дифференциального сечения рассеяния и поглощения, факторов тушения и квантовой эффективности спонтанной флуоресценции.

В разделе 1.4 на основании решения системы УП (1), (2) методом Монте-Карло приведены модельные оценки влияния активных помех, сопровождающих регистрацию лазерного сигнала, т.е. помех многократного рассеяния как на длине волны возбуждения, так и по спектру принимаемого сигнала вторичной флуоресценции. Практика подобных исследований показывает, что в условиях низкой видимости (смог, аэрозольные инверсии, туман, дождь, снегопад, облачность) фоны активного происхождения начинают играть решающую роль в искажении полезного сигнала. Строгое численное решение задачи многократного рассеяния широкополосного флуоресцентного излучения выполнено впервые в практике атмосферно-оптических исследований. В качестве показательных примеров были рассмотрены две модельные задачи. Первая касалась оценки трансформации спектра ЛИФ одного из типичных представителей класса полициклических ароматических углеводородов - octakis (pyrazol-l-yl) naphthalene (OPzN). Вторая задача связана

с оценкой возможных искажений спектра флуоресценции одного из важнейших вторичных метаболитов - 1Н-1пс1о1е (индол). Решение обеспечивает картину пространственно-углового и спектрального распределения ЛИФ в области заданного детектора. Параметры детектора и другие граничные условия, определяющие область оценки искомых функционалов, соответствуют реальной конструкции флуоресцентного лидара, функционирующего в лаборатории лидарных методов ИОА СО РАН, за исключением того обстоятельства, что оценки дополнены результатами для широкоугольного приема, соответствующего типовой СО-камере.

Модельные оценки для спектра ОРгИ (рис. 1) показали, что в экстремальных условиях низкой прозрачности атмосферы влияние вторичного многократного рассеяния излучения способно привести к заметным искажениям спектра ЛИФ исследуемых органических соединений, что может вызвать их ошибочную идентификацию.

1(Х), от», ед. /(X), оти. ед.

а б

Рис. 1. Трансформация спектра лазерно-индуцнрованнои флуоресценции OPZN в зависимости от глубины проникновения лазерного сигнала и оптической плотности среды. 1 - модельный контур; 2-/i = 40 м; 3 - h = 80 м; 4 - h = 120 м; 5-Л = 160 м; 6- h = 180 м; 7- /¡ = 200 м: а-плотиая атмосферная дымка сг = 0,005 м-'; б-туман а = 0,025 м-1; ф,/= 1 мрад

На примере спектра ЛИФ индола (рис. 2) показаны возможные последствия регистрации широкоугольными приемниками (спектральные линейки, CCD-камеры). Было обнаружено искажающее влияние многократного рассеяния на форму регистрируемого спектра ЛИФ в случае широких углов поля зрения детектора. Показано, что в условиях реальных атмосферных трасс зондирования необходимо учитывать влияние как оптической плотности окружающей среды, так и средств приема сигнала.

Вторая н третья главы посвящены изучению лазерно-индуцируемой флуоресценции растительного покрова. Здесь адекватная интерпретация спектров ЛИФ зависит не только от помехи атмосферного канала, но и, что

3 5 г- /(V) • Ю-4, отп. ед.

О

О

2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 V 104, см"'

2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 V- 104, см"'

а

б

Рис. 2. Пространственно разрешенные спектры ЛИФ индола в зависимости от угла поля зрения детектора. Глубина прихода сигнала с расстояний указанных номерами кривых (1-6): 50; 100; 150;

200; 250 п 300 м; коэффициент ослабления ст = 0,02 м-1; <р,,= 0,001 (а), 0,01745 рад (б)

более существенно, от искажении на уровне первичного объекта - растительного листа. Рассмотрение вопроса о распространении широкополосного излучения ЛИФ в растительном покрове связано в первую очередь с определением оптических характеристик листа как элемента растительного покрова. Изучению данного вопроса посвящена вторая глава.

Разделы 2.1 и 2.2 посвящены рассмотрению морфологии двудольного листа и обзору существующих радиационных моделей растительного листа. Отмечается, что радиационные модели листа, основанные на численном решении полного интегродифференциалыюго уравнения переноса пока немногочисленны, что объясняется математической сложностью алгоритмов решения прямой и обратной задач, дефицитом информации о внутренней структуре мезофилла листа и распределении его биохимических составляющих.

В разделе 2.3 предложена новая концепция оптической модели листа как мультифазной системы, включающей три агрегатных составляющих дисперсной среды. Основанием для построения модели послужили результаты восстановления функции распределения частиц по размерам из экспериментальных спектров поглощения листа. Для реализации данной задачи был использован оригинальный генетический алгоритм, предложенный вработе [13]. В результате решения обратной задачи было установлено, что оптически активная фракция частиц мезофилла имеет 2-модальную структуру. Средний радиус частиц первой моды г., — 0,15 мкм; эта величина находится в области значений размеров частиц хлорофилла. Вторая мода имеет максимум в области г/ и 2,0 мкм, что характерно для размеров хлоропласта в представлении эквивалентными сферами. Третья дополнительная мода -

воздушные пузырьки о, » 9,5 мкм не вносят существенного вклада в спектр поглощения и включены в модель нижнего слоя листа (пористая паренхима). В отличие от атмосферного аэрозоля и гидрозоля спектр биочастиц, как правило, узкий, имеет куполообразную форму. Результаты решения обратной задачи дают основание предложить в качестве композитной математической модели спектра частиц паренхимы двудольного листа суперпозицию обобщенных у-распределений.

В разделе 2.4 приведены оценки параметров светорассеяния. Выбранные модельные микрофизические характеристики служат входными параметрами для компьютерной оценки интегральных и дифференциальных характеристик светорассеяния каждой биологической фазы паренхимы двудольного листа. Для расчета характеристик модели полидисперсного ансамбля сферических частиц (/= 1,3) использовался канонический алгоритм дифракционной теории Лоренца-Ми. Для ансамбля сфероидальных частиц адаптирован известный алгоритм Т-матриц.

На рис. 3 приведены спектральные зависимости факторов эффективности рассеяния Р.,(А), поглощения Р„(^) и экстннкцни рм/(А,) соответственно для модели микробиологических частиц (граны тилакоидов - рис. 3, а) и модели хлоропластов (рис. 3, б). Здесь же (правая шкала) показано спектральное поведение альбедо однократного рассеяния Л(^). В целом достаточно сложный характер спектральных зависимостей Р(>.) и Л(л) отражает экстремальное поведение мнимой части показателя преломления биочастиц, обусловленное полосами поглощения биологических пигментов, в первую очередь хлорофилла.

-р.Д) — Р„А) — р,А)-"-п<(М

■ РА) — Р™А)

1,0 и 3,0

0,8 4 и р О Р о 2,4

0,6 со! 1,8

0,4 1,2

0,2 ^ 0,6

0 са 0

иД) — р,Д) 1,0

400

500 600 б

700 X, им

Рис. 3. Спектральные зависимости факторов эффективности рассеяния р.Д), поглощения Р,Д) п экстппкцни Р„Д) для модели микробиологических частиц: граны тилакоидов - а, хлоропластов - б

В разделе 2.5 приведена математическая модель переноса излучения в листе. Полученные значения Лх(А,), а также спектральные зависимости

интегральных по фазовому составу коэффициентов рассеяния РЛ(А) и экс-тинкции Р„,(А.) дают основу для решения задачи переноса коротковолнового излучения в двудольном листе как дисперсной системе. В линейном режиме многократного рассеяния радиационный баланс в объеме листа и на его границе удовлетворяет интегродифференциальному уравнению переноса в ЗО-пространстве г(х,у,г) с композитным ядром

ОУ/(г,П) + Рв|(г)/(г,Д) =

™ [еЕ(г,£У,о)/(г,яуа+Ф0(г). (3)

4 71 ■>

4л

В качестве упрощающего предположения считается, что с оптической точки зрения лист представляет собой двухслойную плоскопараллельную структуру ограниченной оптической толщины. Ограничивающие поверхности отражают по закону Ламберта-Френеля. Уравнение решается методом Монте-Карло.

В разделе 2.6 на основе микрофизической модели листа и математической модели переноса излучения проведены расчеты радиационных потоков диффузно пропущенного и отраженного объемом листа излучения в зависимости от относительной концентрации пигментов - хлорофилла а и Ь

и каротиноидов. Поскольку именно эти пигменты являются важнейшими физиологическими показателями, определяющими эффективность трансформации световой энергии в объеме листа, то от их распределения и относительной концентрации зависят спектры поглощения, отражения и пропускания. Результаты расчета представлены на рис. 4. Показано хорошее качественное совпадение экспериментальных данных и расчетных кривых (см. рис. 4), что свидетельствует о правильности выбранной нами модели. На следующем этапе расчетов варьировалась концентрация пигментов с целью промоделировать зависимость от их содержания изменения спектров поглощения, отражения и пропускания. Кривые спектральной интенсивности отражения и и пропускания Т, рассчитанные в зависимости от содержания хлорофиллов и каротинов приведены на рис. 5.

вая /) и желтого (кривая 2) листов £. 51угасфиа. Спектры отраженна для зеленого (кривая V) и желтого листов (кривая 2') полученные в результате расчета

Рис. 5. Спектры отражения и и пропускания Т, рассчитанные для различного относительного

содержания пигментов

В третьем главе в рамках строгой теории переноса радиации рассматривается задача оценки масштабов трансформации сигнала ЛИФ в реальной схеме лазерного зондирования растительного покрова за счет искажающего влияния процессов реабсорбции в объеме отдельного листа. Приведен обзор работ, направленных на изучение механизмов реабсорбции в растительном покрове. Предложена система взаимосвязанных уравнений переноса радиации, дающая основание для численного анализа явления реабсорбции ЛИФ, возникающей в плотных дисперсных средах, таких как растительный покров, содержащих два и более флуорофоров.

В разделе 3.1 предложена новая концепция оптической модели растительного покрова, трактующая лист не как отдельный рассеивающий элемент, а как локальный объем мультифазной среды со сложной полидисперсной структурой, что позволяет естественным образом включить в схему статистического моделирования физические механизмы возникновения и трансформации ЛИФ в объеме листа.

Модельные параметры спектральных коэффициентов рассеяния и поглощения, паренхимы двудольного листа получены во второй главе. Спектры поглощения и эмиссии флуоресценции молекул хлорофилла а и Ь, используемые в алгоритме статистического моделирования, приведены на рис. 6, а. На рис. б, б показана область перекрывания спектра эмиссии хлорофилла Ь с полосой поглощения хлорофилла а. Детально концепция оптической модели растительного покрова изложена в работе [10].

В разделе 3.2 рассмотрена математическая модель переноса излучения ЛИФ в растительном покрове с учетом реабсорбции. Показано, что включение эффектов реабсорбции пигментов листа в радиационную модель растительного покрова приводит к необходимости расширения системы УП, описывающей процесс возникновения и диффузного переноса излучения ЛИФ, добавлением в нее уравнения, регламентирующего возможное поглощение излучения ЛИФ другими формами флуорофоров, вторичную эмиссию и диффузию фотонов нового спектрального состава.

Рис. 6. Спектры поглощения (кривая 1) и эмиссии флуоресценции (/') хлорофилла Ь, спектры поглощения (2) и эмиссии флуоресценции (2') хлорофилла Ь - а; область перекрывания спектра эмиссии хлорофилла b (кривая /') с полосой поглощения хлорофилла а (2) - б

Процесс распространения лидарного сигнала на длине волны возбуждения ЛИФ, как и ранее, будем описывать, нестационарным уравнением переноса в 3£>-пространстве

+ Я V/(r, iî, t, X) = -ß„, (r, X)I( г, Я, /, Я.) +

+ — ÎGz(r,il,/,A.)/(r,iî',i,?i)o'n' + ®0(r,n,i,A.), (4)

471 J

4 it

где Gz(r,Q,t,X) - объемный коэффициент направленного упругого светорассеяния мультифазной среды; - эффективный коэффициент ослабления среды на длине волны X, т.е. ß„A) = ß<A) + ßA) + ß.„ где ß„(\) = а4(А,) + ß„.v(X); аА(Х), ßm.(A.) - соответственно коэффициенты поглощения и рассеяния аэрозольной атмосферы, ß/(Ä.) = a7(À.) + a.j.(X) + ß.,f(X); ат - коэффициент поглощения материала листа за счет тепловой диссипации; а/.{Х) - поглощение флюорофорами; ßv/(X) - коэффициент упругого рассеяния; п - средний коэффициент преломления материала листа, с -скорость света.

Спектральная интенсивность 1F, последующей эмиссии ЛИФ будет удовлетворять нестационарному УП, подобному уравнению (2).

Если спектр эмиссии ЛИФ флуорофора I попадает в полосу поглощения флуорофора II, то квант света с длиной волны X' вторично поглощается и с определенной вероятностью может переизлучиться в спектре эмиссии флуорофора II. Имеет место так называемый процесс реабсорбции. Очевидно, что спектральная интенсивность IR флуоресцентного излучения, возникшего в результате реабсорбции, будет удовлетворять новому нестационарному УП вида

n>\dIH(r,Sl,t,\')

V J

dt

+ il V/;; (r, £l,t,X") = -P„( (r, X")I,t (r, il, t, X") +

4л J

4 л

+i«À')aJ((À')?(T(i) [/.(r.ft./Jrfft, 4л J

4lt

где À" e Л/(. Функция затухания вторичной эмиссии после реабсорбции имеет вид

/- \1/2 "

д(т,;) = ехр

(6)

Смысл

Л и тЛ такой же, как в (2).

В разделе 3.3 рассмотрены особенности алгоритма статистического моделирования реабсорбции ЛИФ методом Монте-Карло предложенной системы интегральных уравнений переноса (4)-(6) в граничных условиях, отражающих геометрию реального эксперимента. Изложена структурная схема стохастического моделирования процесса реабсорбции ЛИФ на основе некоторой модификация метода «аналитического осреднения». Детали алгоритма подробно изложены в [10].

В разделе 3.4 приводятся результаты тестовых и модельных оценок, иллюстрирующие работоспособность алгоритмов статистического моделирования, предложенных для более полного учета комплекса трансспектральных процессов, сопровождающих возникновение и эмиссию лазерпо-инду-цируемой флуоресценции в растительном покрове, в частности реабсорб-цию ЛИФ. Граничные условия чне-

1,

лепного эксперимента отражали конструктивную схему реального флуоресцентного лидара, функционирующего в Институте оптики атмосферы СО РАН.

Кривые спектральной интенсивности ЛИФ в зависимости от величины вероятности реабсорбции IV/, приведены на рис. 7. Расчеты выполнены при постоянном значении суммарной концентрации хло-рофиллов. На рис. 8 показана картина трансформации спектрального поведения ЛИФ с увеличением

1(Х), отп. ед.

1,2-10

6,0- 10'

X, мм

Рис. 7. Спектральная зависимость сигнала флуоресценции от вероятности реабсорбции nv,. Кривые 1-3 соответствуют ir/, = 0,l; 0,3; 0,5. Толщина листа dk) = 0,25 мм, угол приема /,/= 1 мрад, длина волны возбуждения 532 им

геометрической АЛ = 0,1-1,0 мм и, следовательно, оптической толщины листа при постоянном значении м>ь = 0,3. Рис. 9 иллюстрирует влияние фона многократного рассеяния на уровень сигнала ЛИФ, приходящего из растительной среды с различных глубин.

Рис. 8 Рис. 9

Рис. 8. Спектральная зависимость сигнала флуоресценции от толщины листа dh. Кривые 1-3 соответствуютdh0 = 0,1 ; 0,15; 0,25 мм, = 0,1 ; угол приемаfj = 1 мрад, длина волны возбуждения 532 им

Рис. 9. Влияние фона многократного рассеяния на уровень сигнала ЛИФ, приходящего из растительной среды с глубин /г = 2,5; 5,0; 7,5 и 10 м - кривые 1-4, кривая 5 - интегральный сигнал флуоресценции для dhn-0,25 мм; \vh = 0,1 ; угол приема//= 1 мрад, длина волны возбуждения

Х= 532 им

Выполненные на основе строгого радиационного подхода оценки спектральной интенсивности лазерно-индуцируемой флуоресценции в схеме лидарного зондирования растительного покрова показали, что простой эмпирический подход к контролю концентрации хлорофилла, основанный на измерении отношения 1ц/1т может приводить к существенно смещенным результатам. Установлено, что причиной этого смещения могут быть процессы реабсорбции ЛИФ и многократного рассеяния, приводящие к значительной трансформации спектров флуоресценции.

В четвертой главе на основе натурных и численных экспериментов показана возможность использования эксиплексных ультрафиолетовых ламп для задач дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии (ДОАС) и флуоресцентной УФ-спектроскопии в диапазоне волн короче 350 нм, где лежат полосы поглощения многих известных малых газовых составляющих атмосферы, а также растительных флуорофоров, полиароматических углеводородов и органического аэрозоля, включая споры бактерий.

В разделе 4.1 даны физические принципы, на которых основана работа эксиплексных источников, их технические и спектральные характеристики. Проведено сопоставление спектральных и эксплуатационных характеристик эксиламп с традиционными люминесцентными и тепловыми источникам спонтанного излучения УФ-диапазона. Показано, что по своим спек-

тральным и эксплуатационным характеристикам эксилампы удовлетворяют требованиям, которые предъявляются к источникам в системах дистанционного оптического зондирования, основанных па методологии дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии и флуоресцентной УФ-спектроскогши. Основные достоинства эксиламп с точки зрения их применения - это большая энергия фотона (3,5-10 эВ), локализованная полоса излучения, гладкая аппаратурная функция спектра. Мощность излучения сосредоточена в относительно узкой (~10-50 им на полувысоте) полосе соответствующей молекулы.

Для случая ДОАС-нзмеренип наиболее привлекательными являются импульсные коаксиальные двухбарьерные эксилампы на молекулах ХеС1 (А. ~ 308 им), КгС1* (А. ~ 222 им), ХеВг (X ~ 282 им), в которых полученная пиковая плотность мощности излучения до 0,5 кВт/см2 при длительности импульса излучения на полувысоте несколько наносекунд. Спектральные и энергетические характеристики эксиламп проиллюстрированы на рис. 10.

450

300

150

0

Р, Вт/см

-XcCI а 0,15

-XcCI

—- ХеВг

/ .......KrCl

; д

7// \ __

ХеС1 (308 им)

ХеВг (280 им)

KrCl (222 им)

А 0,10

с

I 0,05 1

^ 0

0,9 0,25 ;': 0,20

0,6 0,15

■ / 0,3 :; 0,Ю ! \ 0,05

1 0

о

10

20

30 « 275 300 325250 275 300 200 225 250 t, »с X, им

а б

Рис. 10. Импульсы излучения (а) и спектральная плотность мощности излучения (б) двухбарь-ерных импульсных XeCl-, KrCl-, XeBr-эксиламп

В разделе 4.2 приведен обзор используемых и перспективных источников ультрафиолетового излучения, обосновывается использование эксиламп в качестве перспективных источников в системах спектроскопического зондирования. Достигнутые к настоящему времени эффективные параметры излучения эксиламп и их эксплуатационные качества ставят их в ряд перспективных источников в дистанционных системах лидарного зондирования атмосферы.

Для обоснования этого утверждения в подразделах 4.2.1, 4.2.2, 4.2.3 4.2.4 излагаются методология и результаты виртуального эксперимента по зондированию вертикального распределения малых газовых примесей в тропосфере, в частности S02, на основе излучения XeCl-эксилампы. Обратная

задача восстановления вертикальных профилей концентрации В02 решалась с использованием генетического алгоритма.

Содержание численного эксперимента состояло в имитации методом Монте-Карло сигналов обратного рассеяния, разрешенных по пространству и длине волны с высоким спектральным разрешением. Граничные условия задачи соответствовали конструктиву типичного широкополосного лидара. Последовательность импульсов от направленного (угол расхождения светового пучка ср., = 1 мрад, угол расхождения приемного телескопа <^=20 мрад) широкополосного излучателя посылается вверх в условиях безоблачной атмосферы. Для проведения расчетов методом Монте-Карло были сформированы входные данные, содержащие коэффициенты аэрозольного ослабления, молекулярного рассеяния и поглощения, а также индикатрисы рассеяния; высотная сетка была взята с шагом 0,1 км от 0 до 12км, сетка по длинам волн - с шагом 0,04 нм.

На рис. 11 приведен пример расчетов сигналов локационного рассеяния в указанной полосе поглощения Б02 с разрешением по высоте и по спектру длин волн. Расчеты выполнены со спектральным разрешением приемной системы ДА. = 0,04 нм. Параметры аэрозольного светорассеяния соответствовали средчецикличпой модели континентального аэрозоля.

300 302 304 306 308 310 312 X, нм 300 302 304 306 308 310 312 X, нм

а б

Рис. 11. Пример сигналов, полученных при разрешении приемной системы 0,04 им и содержании 502 достигающем а - 200 ррЬ и б - 20 ррЬ

Спектральные сигналы обратного рассеяния скорректированы на квадрат расстояния по трассе зондирования. Влияние многократного рассеяния минимально, не превышает нескольких процентов, несмотря на достаточно широкий, по сравнению с типовыми лидарами, угол приема, который в данном примере составлял ср</ = 20 мрад. Можно отметить, что в условиях умеренной замутненности тропосферного слоя спектральные сигналы сохраняют свою информативность до высот 7-8 км. Это подтверждается результатами обращения полученных спектральных сигналов относительно за-

данного модельного профиля концентрации 802. Они приведены на рис. 12 в единицах парциального давления. Там же показаны сопутствующие оценки концентрации озона. Низкая селективность поглощения 03 в выбранном спектральном участке снижает эффективность используемого алгоритма.

а б

Рис. 12. Восстановление высотных профилей содержания SO2 и Oj по сигналам с разрешением спектра 0,4 им при содержании SO2, достигающем а- 200 ppb и о - 20 ppb

Результаты восстановления иллюстрируют тот факт, что при использованных в постановке данной задачи допущениях гибридная схема зондирования LI DAR-DO AS позволяет получить непротиворечивые данные о вертикальном распределением малых газовых составляющих с разрешением не хуже, чем 1 км. Очевидно, что при низких концентрациях SO2 точность восстановления заметно падает, что накладывает достаточно высокие требования на качество приемной и излучающей систем. Результаты замкнутого численного эксперимента по лазерному зондированию атмосферы показали перспективность использования гибридной технологии LIDAR-DOAS для контроля малых газовых примесей в тропосферном слое, если использовать в качестве излучателя импульсную ХеС1-эксилампу.

В разделе 4.2 демонстрируется возможность использования ХеС1-экси-лампы для возбуждения спонтанной флуоресценции растительного листа in vivo в лабораторных условиях. Спектр индуцируемой флуоресценции регистрировался в схеме как диффузного отражения, так и пропускания.

Для проверки модели ЛИФ растительного покрова, развитой в третьей главе, проделаны численные оценки трансформации спектра индуцируемой флуоресценции в объеме листа по мере прохождения сигналом поперечной толщины листа. Расчеты выполнены путем решения многоскоростного уравнения переноса методом Монте-Карло; граничные условия численного эксперимента адекватно отражали схему опыта, детали вычислительного алгоритма изложены в работах [10].

На рис. 13, а показан пример измеренных спектров флуоресценции растительного листа, индуцируемых излучением XeCl-эксилампы. Спектры

флуоресценции, рассчитанные в зависимости от глубины проникновения в лист со стороны адаксиальной поверхности, приведены на рис. 13, б.

б

Рис. 13. Спектр флуоресценции растительного листа, индуцируемый излучением ХеС1-экси-лампы: кривая I - для интенсивности диффузно отраженной эмиссии; 2 - для интенсивности диффузно пропущенной эмиссии - а; спектры флуоресценции (кривые 1-6), рассчитанные в зависимости от глубины проникновения в лист с шагом 50 мкм от адаксиальной поверхности; геометрическая толщина листа - 300 мкм - 6

Результаты расчетов наглядно иллюстрируют качественную трансформацию спектра индуцируемой флуоресценции хлорофилла по мере прохождения поперечной толщины листа (кривые 1-6 рассчитаны с шагом 50 мкм); нетрудно убедиться, что первоначально возникший и диффузно пропущенный спектральные сигналы флуоресценции (кривые, соответственно, / и 6), отражающие результаты измерений, находятся в хорошем качественном соответствии с экспериментальными спектрами.

В заключение сформулированы основные результаты работы.

1. Строгая постановка задачи лидарного зондирования атмосферы на основе явления ЛИФ требует обоснования и решения системы взаимосвязанных уравнений переноса (УП) излучения, включая базовое УП, регламентирующее распространение лазерного импульса в среде на известной длине волны генерации X и УП излучения спонтанной флуоресценции, справедливого в ограниченной континуальной области X' е Л, X' > X.

2. Предложенная система взаимосвязанных уравнений переноса радиации, дает формальное основание для численного анализа широкого круга спектроскопических эффектов, сопровождающих распространение лазерного излучения в окружающей среде.

3. Эффективным методом численного решения возникающей системы интегральных УП в граничных условиях, отражающих геометрию реального эксперимента, является метод Монте-Карло, при определенной модификации структурной схемы статистического моделирования.

4. Модельные оценки для спектра ОРгМ показали, что в экстремальных условиях низкой прозрачности атмосферы влияние многократного рассеяния излучения способно привести, как показывают результаты статистического моделирования, к заметным искажениям спектра ЛИФ исследуемых органических соединений, что может привести к их ошибочной идентификации.

5. На примере спектра ЛИФ индола были показаны возможные последствия регистрации широкоугольными приемниками. Было обнаружено уничтожающее влияние многократного рассеяния на форму регистрируемого спектра ЛИФ в случае широких углов поля зрения детектора. Показано, что в условиях реальных атмосферных трасс зондирования необходимо учитывать влияние как оптической плотности окружающей среды, так и средств приема сигнала.

6. Предложена новая концепция оптической модели листа, основанная на решении задачи восстановления функции распределения частиц по размерам из экспериментального спектра поглощения листа. В результате решения обратной задачи было установлено, что оптически активная фракция частиц мезофилла имеет 2-модальную структуру. Средний радиус частиц первой моды г., ~ 0,15 мкм; эта величина находится в области значении размеров частиц хлорофилла. Вторая мода имеет максимум в области г/к 2,0 мкм, что характерно для размеров хлоропласта в представлении эквивалентными сферами. Третья дополнительная мода - воздушные пузырьки г/, ~ 9,5 мкм - не вносят существенного вклада в спектр поглощения и включены в модель нижнего слоя листа (пористая паренхима).

7. Проведенные численные расчеты радиационных характеристик растительного листа на основе предложенной концепции оптической модели для различной концентрации светопоглощающнх пигментов (хлорофилла сI, Ь и каротинов), а также для разных толщин листа при сравнении показали хорошее совпадение расчетных кривых с известными экспериментальными данными.

8. Практическое приложение настоящей работы связано с актуальной задачей дистанционного зондирования растительного покрова. Представленный в работе подход к моделированию распространения излучения в силь-нопоглощающих и сильнорассеивающих средах может также быть успешно применен к задачам оптической диагностики в биологии, медицине, коллоидной химии и др.

9. Предложенная система взаимосвязанных уравнений переноса радиации дает формальное основание для численного анализа широкого круга спектроскопических эффектов, сопровождающих распространение лазерного излучения в окружающей среде, в том числе и явления реабсорбции ла-зерно-индуцируемой флуоресценции, неизбежно возникающей в плотных дисперсных средах, содержащих два и более флуорофоров.

10. Развита новая концепция оптической модели растительного покрова, трактующая лист не как отдельный рассеивающий элемент, а как локальный объем мультифазной среды со сложной полидисперсной структурой. Выполнена модификация алгоритмов метода Монте-Карло, позволившая имитировать процессы флуоресценции и реабсорбции. Проведены тестовые расчеты, показавшие адекватность предложенного подхода.

11. Выполненные на основе строгого радиационного подхода оценки спектральной интенсивности лазерно-индуцируемой флуоресценции в схеме лидарного зондирования растительного покрова показали, что простой эмпирический подход к контролю концентрации хлорофилла, основанный на измерении отношения 1UR может приводить к существенно смещенным результатам. Установлено, что причиной этого смещения могут быть процессы реабсорбции ЛИФ и многократного рассеяния, приводящие к значительной трансформации спектров флуоресценции, особенно в ближнем ИК-диапазоие длин волн.

12. Результаты замкнутого численного эксперимента по лазерному зондированию атмосферы показали перспективность использования гибридной технологии LIDAR-DOAS для контроля малых газовых примесей в тропосферном слое, если использовать в качестве излучателя импульсную ХеС1-эксилампу.

13. Оценка сигналов обратного рассеяния с высоким спектральным разрешением на основе нестационарного уравнения переноса требует применения прецизионных алгоритмов расчетов. В теории методов Монте-Карло таким алгоритмом считается метод локальной оценки потоков. Сочетание этого алгоритма с высокоточным расчетом функций пропускания атмосферных газов, выполненное в данной работе, дает возможность строгого количественного прогноза эффективности разрабатываемых лидарных систем мониторинга окружающей среды.

14. Показано, что эффективным источником, индуцирующим процесс спонтанной флуоресценции фотосистемы листа, может служить континуум УФ-излучения эксиплексных ламп. Расчетные оценки, выполненные методом Монте-Карло, подтверждают, что основной причиной трансформации спектра эмиссии индуцируемой флуоресценции при прохождении объема листа являются процессы реабсорбции.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ломаев М.И., Лисенко A.A., Скакун B.C., ШитцД.В., Тарасежо В.Ф. Источник спонтанного излучения // Патент Ru 2281581 С1. Приоритет 23.12.2004. Опубл. 10.08.2006, Бюл. 22.

2. Ломаев М. И., Лисенко A.A., Скакун B.C., ШитцД.В., ТарасенкоВ.Ф., МатсумотоЙ. Источник вакуумного ультрафиолетового излучения // Патент RU42694U1. Приоритет 21.07.2004. Per. № заявки 2004122313/22 от21.07.2004. Опубл. № 10.12.2004. Бюл. 34.

3. СостшЭ.А., Ерофеев М.В., Лисенко A.A., ТарасенкоВ.Ф., ШитцД.В. Исследование эксплуатационных характеристик эксиламп емкостного разряда // Оптический журнал. 2002. Т. 69. №7. С. 77-80.

4. Лисенко A.A., Ломаев М.И. Спектры излучения эксиплексных ламп емкостного, барьерного и тлеющего разрядов в смесях Кг-СЬ, Хе-С12, Хс-Вг2, Хе-Ь // Оптика атмосф. н океана. 2002. Т. 15. №3. С. 293-297.

5. Алексеев Б.А., Кувшинов В.А., Лисенко A.A., Ломаев М.И., Орловский В.М„ Панарин В.А., Рождественский Е.А., Скакун B.C., Тарасеико В.Ф. Фотореактор на основе Хег-экснлампы //ПТЭ. 2006. № 1.С. 142-146.

6. Ломаев М.И..Лисенко A.A., Скакун B.C., Тарасеико В.Ф„ ШшпцД.В. Безоконная эксилампа вакуумного ультрафиолетового диапазона // Письма в ЖТФ. 2006. Т. 32. № 13. С. 74-80.

7. Ломаев МЛ., Соснин Э.А., Тарасеико В.Ф„ ШитцД.В., Скакун B.C., Ерофеев М.В., Лисенко A.A. Эксилампы барьерного и емкостного разряда// ПТЭ. 2006. Т. 49. № 5. С. 5-26.

8. Lisenko A.A., Lomaev M.I., Skakun V.S., Taraseiiko V.F. Effective emission of Xcí and Krí excited by pulsed corona discharge bounded by a dielectric barrier // Phys. Scr. 2007. V. 75. P. 1-5.

9. Гришин AM., Креков Г.М., Крекова M.M., ЛисенкоА.А„ Матвиенко Г.Г., Тимофеев В.И., Фатеева Н.Л. Исследование органического аэрозоля растительного происхождения с помощью флуоресцентного лидара // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20. № 4. С. 328-337.

10. Креков Г.М., Крекова М.М., Лисенко A.A., Матвиенко Г.Г. Статистическое моделирование трансепсктральных процессов: реабсорбция ЛИФ // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21. № 12. С. 1076-1083.

11. Креков Г.А/., Крекова М.М., Лисенко A.A., Суханов А.Я., Ерофеев М.В., Ломаев М.И., Тарасеико В.Ф. Потенциальные возможности импульсныхэкенламп для дистанционного зондирования загрязненной атмосферы // Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 107. № 5. С. 736-744.

12. Креков Г.М., Крекова М.М., Лисенко A.A., Матвиенко Г.Г. Реабсорбция лазерно-нндуци-руемой флуоресценции в растительном покрове: стохастическая модель // Оптика н спектроскопия. 2009. Т. 106. № 4. С. 583-588.

13. Креков Г.М., КрековаМ.М., Лисенко A.A., Суханов А.Я. Радиационные характеристики растительного листа // Оптика атмосферы и океана. 2009. Т. 22. № 4. С. 397-410.

14. Grishin A.I., Krekov G.M., Krekova М.М., Matvienko G.G., Sukhanov A.Ya., Liseuko A.A., Fa-teeva N.L., Timofcev V.l. Study of organic aerosol of photogcnic origin with fluorescent lidar // Int. J. Rem. Sens. 2008. V. 29. N 9. P. 2549-2565.

15. КрековГ.М., Лисенко A.A., Матвиенко Г.Г., Соснин Э.А. Эксилампы как перспективный источник возбуждения спонтанной флуоресценции органических молекул // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35. Вып. 17. С. 28-35.

16. Креков Г.М., Крекова М.М., Лисенко A.A., Матвиенко Г.Г. Статистическое моделирование лазерно-пндуцируемой флуоресценции в растительном покрове // ЖПС. 2009. Т. 76. № 3. С.411-419.

17. Креков Г.М., Крекова ММ., Суханов А.Я., Лисенко A.A. Лидарнос уравнение для широкополосного оптического излучения // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35. № 15. С. 8-15.

18. Креков Г.М., Лисенко A.A., Матвиенко Г.Г., Соснин Э.А. Эксиплексные лампы как новый инструмент флуоресцентной спектроскопии // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22. № 7. С. 710-713.

Печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 61.

Тираж отпечатан в типографии ИОА им. В.Е. Зуева СО РАН.

Введение

Глава I. Оценка эффективности флуоресцентных методов 10 дистанционного зондирования биоаэрозоля в атмосфере

1.1. Уравнение переноса широкополосного излучения

1.2. Особенности статистического моделирования

1.3. Оптическая модель флуоресцентного канала зондирования

1.4. Результаты модельных оценок 23 Выводы к главе I

Глава II. Оптическая модель листа

2.1. Морфология двудольного листа

2.2. Обзор радиационных моделей листа

2.3. Микрофизическая модель листа

2.4. Оценка параметров светорассеяния

2.5. Математическая модель переноса излучения в листе

2.6. Результаты расчётов радиационных характеристик 51 Выводы к главе II

Глава III. ЛИФ растительного покрова

3.1. Оптическая модель растительного покрова

3.2. Математическая модель переноса излучения 59 ЛИФ в растительном покрове с учётом реабсорбции

3.3. Решение системы уравнений переноса методом 61 Монте-Карло

3.4. Особенности алгоритма статистического моделирования 62 реабсорбции ЛИФ

3.5. Результаты модельных оценок 65 Выводы к главе III

Глава IV. Применение эксиплексных источников спонтанного излучения для задач атмосферной оптики и флуоресцентной спектроскопии дисперсных сред

4.1 Эксиплексные источники спонтанного излучения

4.2 Эксилампы, как перспективные источники в системах спектроскопического зондирования

4.2.1 Сочетание методов DOAS с принципами лидарного 77 зондирования

4.2.2 Уравнение лазерной локации для широкополосного 81 излучения

4.2.3 Генетический алгоритм

4.2.4 Численный эксперимент по широкополосному 86 лидарному зондированию малых газовых примесей в атмосфере 4.3 Эксиплексные лампы как новый инструмент флуоресцентной спектроскопии

Выводы к главе IV

Диссертация посвящена статистическому моделированию переноса широкополосного излучения, возникающего в естественных дисперсных средах за счет спонтанной флуоресценции, в частности, индуцируемой лазерным излучением. Актуальность проблемы обусловлена тем, что лазерно-индуцируемая флуоресценция (ЛИФ) дает основу для создания эффективных средств дистанционного обнаружения и идентификации широкого класса молекулярных соединений, в том числе опасных для окружающей среды [12]. Следует отметить, что в фотохимии, фотобиологии методы флуоресцентной спектроскопии, заложенные еще Лаковичсм, давно и успешно используются. Первые успешные эксперименты по лидарному зондированию на основе ЛИФ были описаны в работах Кондратьева и Позднякова по контролю содержания фитопланктона в приповерхностном слое водоемов [16-18]. Одни из первых измерений ЛИФ растительного покрова были выполнены в Институте оптики атмосферы Гришиным А.И. и Матвиенко Г.Г. Попытки диагностики биогенного аэрозоля в тропосфере на первых этапах оказались несостоятельными [19]. Это дало основание ряду авторов сделать заключение о не перспективности использования флуоресцентных лидаров для дистанционного зондирования [6]. В настоящее время появление нового поколения источников [22, 23] и новой техники стимулирования ЛИФ [24, 25], а так же возросшие возможности приема открывает заново возможности флуоресцентных лидаров в атмосферно-оптических исследованиях [26]. Это и мониторинг растительного покрова планеты, который содержит широкий комплекс активных, реагирующих на процессы метаболизма. [27, 28], и чрезвычайно актуальная проблема реализации эффективных дистанционных методов обнаружения и идентификации биоаэрозолей опасных для здоровья человека (споры, бактерии, вирусы и пр.). Как показывают лабораторные in-situ измерения [29, 30], ЛИФ обеспечивает наивысшую чувствительность по отношению к другим методам. На настоящий момент лидарные измерения в реальных атмосферных условиях пока ограничены короткими трассами [31, 32]. Эти ограничения связаны не только с малой спектральной интенсивностью ЛИФ, но и с трудностями корректной интерпретации получаемых спектров. Дело в том, что спектры ЛИФ от класса протеинов и даже живых микроорганизмов часто имеют подобный качественный характер. Более того, на протяженных атмосферных трассах, например, в вертолетной системе зондирования [33], спектры ЛИФ имеют тенденцию к искажению и сглаживанию, за счет интерференции и многократного рассеяния в окружающем естественном аэрозоле. Технически эти трудности преодолеваются путем использования "pump-and-probe" метода [24, 25], мультиспектральной флуоресценции [34], многофотонной ЛИФ [35], эффекта насыщения флуоресценции [36], высокочастотной амплитудной модуляции ЛИФ [37]. В методическом плане хорошие перспективы связываются с применением алгоритмов искусственных нейронных сетей [38, 39]. Однако, как отмечается в [38] точность классификации и распознавания искомых образов (флуорофоров) существенно зависит от погрешности обрабатываемой информации.

В этой связи, в данной работе предпринята попытка оценить пределы возможной трансформации типовых спектров ЛИФ в условиях реальных атмосферных трасс зондирования. Оценки были выполнены на основе решения системы нестационарных уравнений переноса методом Монте-Карло. Комплексный характер поставленной проблемы определил круг задач и вопросов, составляющих содержание работы:

Целью диссертационной работы является развитие методологии статистического моделирования для решения класса задач переноса широкополосного излучения в дисперсных средах, возникающих при лидарном зондировании атмосферы и растительного покрова.

Для достижения сформулированной цели были решены следующие задачи.

1. Исследование пространственно-временных и спектральных характеристик сигналов флуоресцентного лидара в аэрозольной атмосфере, содержащей органические примеси, на основе численного решения системы взаимосвязанных уравнений переноса излучения ЛИФ методом Монте-Карло.

2. Обоснование микрофизической модели растительного листа как локального объема дисперсной среды и построение его оценочной оптической модели.

3. Численное исследование функциональных взаимосвязей оптических характеристик листа с его биофизическим состоянием как базовых критериев для развития количественных методов дистанционного зондирования.

4. Численное исследование пространственно-временных и спектральных характеристик сигналов флуоресцентного лидара в растительном покрове как мультифазной дисперсной среде.

5. Разработка и программная реализация новых алгоритмов статистического моделирования для оценки возможного влияния процессов реабсорбции ЛИФ в объеме листа на спектральные характеристики флуоресцентного лидара.

6. Проведение совместного лабораторного и виртуального эксперимента в целях валидации разработанной оптической модели листа и нового алгоритма учета реабсорбции ЛИФ.

7. Оценка потенциальных возможностей эксиплексных ламп, как нового поколения континуальных источников УФ излучения, в задачах флуоресцентной и абсорбционной спектроскопии.

Научная новизна работы может быть кратко сформулирована следующим образом.

1. Для решения задачи формирования и радиационного переноса широкополосного излучения лазерно-индуцируемой флуоресценции с учетом процессов реабсорбции впервые в теории переноса оптического излучения предложена и реализована методология численного решения (в рамках метода Монте-Карло) системы взаимосвязанных нестационарных уравнений переноса, содержащих функции источников указанных процессов.

2. Предложена новая оптическая модель растительного листа как мультифазной дисперсной системы, содержащей протоплазму, пузырьки воздуха и биологические микроэлементы, способные к активной ЛИФ.

3. Развита новая концепция радиационной модели растительного покрова, включающая листву не как стохастический набор дискретных плоских отражателей (в традиционных моделях), а как стохастическую систему локальных, случайно ориентированных дисперсных образований.

4. Впервые предложена и обоснована перспективность использования новых эксиплексных источников континуального УФ излучения в задачах атмосферной флуоресцентной и абсорбционной спектроскопии.

Научная и практическая значимость работы.

Работа выполнена в рамках программ фундаментальных исследований «Развитие поляризационных, доплеровских, флуоресцентных и рамановских технологий лидарного мониторинга атмосферы и подстилающей поверхности» и «Развитие физических основ дистанционных методов и создание на их основе новых приборов для диагностики газово-аэрозольных эмиссий из лито- и гидросферы и при антропогенном воздействии на биоту». Результаты работы расширяют возможности флуоресцентных методов лидарного зондирования атмосферы и растительного покрова, определяют границы их применимости в условиях активных помех многократного рассеяния. Результаты работы нашли практическое приложение при выполнении грантов РФФИ № 09-01-00698, 09-0500738, 09-07-00477, 07-01-005509, гос. контракта 2006-РИ-26.0./001/193, хоз. договорных НИР «Аксис-ИОА», «Фантом», «Лидар», « Космос-лидар-Т». По четвертой главе диссертации практическая значимость подтверждается двумя Российскими патентами: Патент Ru 2281581 С1 приоритет 23.12.2004 и патент RU 42694 U1 приоритет 21.07.2004.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Предложенная методология численного решения (в рамках метода Монте-Карло) системы взаимосвязанных нестационарных уравнений переноса широкополосного оптического излучения позволяет эффективно решать задачу формирования и искажения спектров ЛИФ, используемых для лидарной диагностики органических соединений в реальной атмосфере. Показано, что в экстремальных условиях низкой прозрачности атмосферы помеха многократного рассеяния существенно искажает спектр ЛИФ исследуемых органических соединений, приводя к его смещению в сине-голубую часть спектра.

2. Оценочная оптическая модель растительного листа, как мультифазной системы, включающей три агрегатных составляющих дисперсной среды, позволяет более адекватно оценить особенности формирования радиационного режима в объеме листа, включая эмиссию флуоресценции. Установлено, что определяющую роль в формировании радиационных потоков в объеме двудольного листа играют гранулы хлорофилла со средними размерами 0,12 - 0,2 мкм и хлоропласты (1,5 - 2,0 мкм).

3. Влияние относительного содержания хлорофиллов (а и Ь), каротиноидов и других органических пигментов в паренхиме листа неоднозначно отражается на поведении спектров ЛИФ, ввиду сложных процессов радиационного обмена, среди которых определяющее место занимает процесс реабсорбции, играющей важную роль в формировании результирующих спектров флуоресценции. Учет эффектов реабсорбции потребовал дальнейшего расширения исходной системы уравнений переноса и соответствующей модификации ряда базовых алгоритмов метода Монте-Карло.

4. Улучшенная концепция радиационной модели растительного покрова, включающая листву не как стохастический набор дискретных плоских отражателей (в традиционных моделях), а как стохастическую систему локальных, случайно ориентированных дисперсных образований, позволяет естественным образом включить в схему статистического моделирования физические механизмы возникновения и трансформации ЛИФ в объеме листа.

5. Функциональные возможности атмосферной флуоресцентной и абсорбционной спектроскопии могут быть существенно расширены в область глубокого ультрафиолета, где расположены полосы поглощения многих патогенных атмосферных примесей, за счет использования новых источников некогерентного континуального излучения - эксиплексных ламп. Результаты совмещенного виртуального и лабораторного на основе ХеС1-эксилампы экспериментов подтверждают этот вывод.

Личный вклад автора.

Результаты, представленные в работе, получены при непосредственном участии автора, либо самостоятельно; участвовал в постановке задачи и обсуждении результатов, самостоятельно выполнял программную реализацию алгоритмов, участвовал в написании статей и подготовке докладов. Результаты в главе 4 по разделам 4.2.2, 4.2.3, 4.2.4 получены А .Я. Сухановым.

Публикации.

Основные результаты по теме диссертационной работы опубликованы в виде 18 статей в центральных отечественных и зарубежных журналах, 8 тезисов докладов на российских и международных конференциях, 2 российских патентов.

Апробация результатов.

Результаты исследований докладывались на VII, VIII Международных конференциях «Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул» (Томск, 2005, 2007 г.), XVI международном симпозиуме «Газовый разряд и его применения» (Xi'an, China 2006 г.), XIII рабочей группе «Аэрозоли Сибири» (Томск 2006 г.), XIV и XV международных симпозиумах «Оптика атмосферы и океана» (Томск 2006, 2007 г.), III всероссийской конференции «Взаимодействие высококонцентрированных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине» (Новосибирск 2009 г.).

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. В ней содержится 112 страниц машинописного текста, 34 рисунка, 1 таблица и 167 ссылок на литературные источники.

Выводы к главе IV

1. Результаты замкнутого численного эксперимента по лазерному зондированию атмосферы показали перспективность использования гибридной технологии LIDAR-DOAS для контроля малых газовых примесей в тропосферном слое, если использовать в качестве излучателя импульсную XeCl эксилампу. Приведенные количественные оценки, выполненные с помощью нового стохастического алгоритма генетического поиска, подтверждают возможность дистанционного контроля и локализации опасных антропогенных выбросов токсичных газов с пространственным разрешением не хуже 1 км до высоты тропопаузы.

2. Оценка сигналов обратного рассеяния с высоким спектральным разрешением на основе нестационарного уравнения переноса требует применения прецизионных алгоритмов расчетов. В теории методов Монте-Карло таким алгоритмом считается метод локальной оценки потоков. Сочетание этого алгоритма с высокоточным расчетом функций пропускания атмосферных газов, дает возможность строгого количественного прогноза эффективноеги разрабатываемых лидарных систем мониторинга окружающей среды.

3. Показано, что эффективным источником, индуцирующий процесс спонтанной флуоресценции фотосистемы листа, может служить континуум УФ - излучения эксиплексных ламп. Расчетные оценки выполненные методом Монте - Карло, подтверждают, что основной причиной трансформации спектра эмиссии индуцируемой флуоресценции при прохождении объема листа являются npoxieccbI реабсорбции.

Заключение

1. Строгая постановка задачи лидарного зондирования атмосферы на основе явления ЛИФ требует обоснования и решения системы взаимосвязанных уравнений переноса (УП) излучения, включая базовое УП, регламентирующее распространение лазерного импульса в среде на известной длине волны генерации Я и УП излучения спонтанной флуоресценции, справедливого в ограниченной континуальной области Я' е Л, Я' > Я.

2. Предложенная система взаимосвязанных уравнений переноса радиации, дает формальное основание для численного анализа широкого круга спектроскопических эффектов, сопровождающих распространение лазерного излучения в окружающей среде.

3. Эффективным методом численного решения возникающей системы интегральных УП в граничных условиях, отражающих геометрию реального эксперимента, является метод Монте-Карло, при определенной модификации структурной схемы статистического моделирования.

4. Модельные оценки для спектра OPzN показали, что в экстремальных условиях низкой прозрачности атмосферы влияние многократного рассеяния излучения способно привести, как показывают результаты статистического моделирования к заметным искажениям спектра ЛИФ исследуемых органических соединений, что может привести к их ошибочной идентификации.

5. На примере спектра ЛИФ индола были показаны возможные последствия регистрации широкоугольными приемниками. Было обнаружено уничтожающее влияние многократного рассеяния на форму регистрируемого спектра ЛИФ в случае широких углов поля зрения детектора. Показано, что в условиях реальных атмосферных трасс зондирования необходимо учитывать влияние как оптической плотности окружающей среды так так и средств приема сигнала.

6. Предложена новая концепция оптической модели листа основанная на решении задачи восстановления функции распределения частиц по размерам из экспериментального спектра поглощения листа. В результате решения обратной задачи было установлено, что оптически активная фракция частиц мезофилла имеет 2-х модальную структуру. Средний радиус частиц первой моды rs -0.15 мкм; эта величина находится в области значений размеров частиц хлорофилла.

Вторая мода имеет максимум в области г,»2.0 мкм, что характерно для размеров хлоропласта в представлении эквивалентными сферами. Третья дополнительная мода - воздушные пузырьки с rb ~ 9.5 мкм не вносят существенного вклада в спектр поглощения и включены в модель нижнего слоя листа (пористая паренхима).

7. Проведенные численные расчеты радиационных характеристик растительного листа на основе предложенной концепция оптической модели для различной концентрации светопоглощающих пигментов (хлорофилла a, b и каротинов), а так же для разных толщин листа при сравнении показали хорошее совпадение расчетных кривых с известными экспериментальными данными.

8. Практическое приложение настоящей работы связано с актуальной задачей дистанционного зондирования растительного покрова. Представленный в работе подход к моделированию распространения излучения в сильнопоглощающих и сильнорасеивающих средах может таюке быть успешно применен к задачам оптической диагностики в биологии, медицине, коллоидной химии и д.р.

9. Предложенная система взаимосвязанных уравнений переноса радиации, дает формальное основание для численного анализа широкого круга спектроскопических эффектов, сопровождающих распространение лазерного излучения в окружающей среде. В том числе и явлении реабсорбции лазерно-индуцируемой флуоресценции, неизбежно возникающей в плотных дисперсных средах, содержащих два и более флуорофоров.

10.Развита новая концепция оптической модели растительного покрова, трактующая лист не как отдельный рассеивающий элемент, а как локальный объём мультифазной среды со сложной полидисперсной структурой. Выполнена модификация алгоритмов метода Монте-Карло, позволившая имитировать процессы флуоресценции и реабсорбции. Проведены тестовые расчеты, показавшие адекватность предложенного подхода.

11. Выполненные на основе строгого радиационного подхода оценки спектральной интенсивности лазерно-индуцируемой флуоресценции в схеме лидарного зондирования растительного покрова показали, что простой эмпирический подход к контролю концентрации хлорофилла, основанный на измерении отношения /685 //735 может приводить к существенно смещенным результатам. Установлено, что причиной этого смещения могут быть процессы реабсорбции ЛИФ и многократного рассеяния, приводящие к значительной трансформации спектров флуоресценции, особенно в ближнем ИК диапазоне длин волн.

12.Результаты замкнутого численного эксперимента по лазерному зондированию атмосферы показали перспективность использования гибридной технологии LIDAR-DOAS для контроля малых газовых примесей в тропосферном слое, если использовать в качестве излучателя импульсную XeCl эксилампу.

13.Оценка сигналов обратного рассеяния с высоким спектральным разрешением на основе нестационарного уравнения переноса требует применения прецизионных алгоритмов расчетов. В теории методов Монте-Карло таким алгоритмом считается метод локальной оценки потоков. Сочетание этого алгоритма с высокоточным расчетом функций пропускания атмосферных газов, выполненное в данной работе, дает возможность строгого количественного прогноза эффективности разрабатываемых лидарных систем мониторинга окружающей среды.

14.Показано, что эффективным источником, индуцирующий процесс спонтанной флуоресценции фотосистемы листа, может служить континуум УФ - излучения эксиплексных ламп. Расчетные оценки выполненные методом Монте - Карло, подтверждают, что основной причиной трансформации спектра эмиссии индуцируемой флуоресценции при прохождении объема листа являются процессы реабсорбции.

1.М., Каввкянов С.И., Крекова М.М. Интерпретация сигналов оптического зондирования атмосферы. Новосибирск: Наука, 1987. 185 с.

2. Поздняков Д.В., Лясковский А.В., Грассл X, Петтерсон Л. Численное моделирование трансспектральных процессов (ТП) взаимодействия света с водной средой // Исследование Земли из космоса. 2000. №5. С. 3-15.

3. Sathyendranath S., Piatt Т. / Ocean-color model incorporating transspectral processes // Appl. Opt. 1998. V. 37. P. 2216-2227.

4. Melfi S.H. Remote measurement of the atmosphere using Raman scattering // Appl. Opt. 1972. V. 11. P. 1605-1610.

5. Whiteman D.N. Examination of traditional Raman lidar technicue // Appl.Opt. 2003. V. 42. P.2571-2608.

6. Межерис P. Лазерное дистанционное зондирование. Москва: Мир, 1987. 550 с

7. Gelbwachs J., Dirnhaum М. Fluorescence of atmospheric aerosol and lidar implications // Appl. Opt. 1973. V. 12. P. 2442-2447.

8. Fry E.S., Emery Y., Quart X., Katz J. W. Accuracy limitations on Brillouin lidar measurements of temperature and sound speed in the ocean // Appl. Opt. 1997.V. 36. P. 6887-6894.

9. Mishina E.D., Misurgaev Т. V., Nikulin A.A., NovakV.R., Rasing Th, Aktsipetrov O.A. Hyper-rayleigh scattering from Langmuir films of Сбо and its derivatives // J. Opt. Soc. Am 1999. B/V. 16. P. 1692-1696

10. Chance K.V., Spurr J.D. Ring effect studies: Rayleigh scattering including molecular parameters for rotational Raman scattering, and Fraunhofer spectrum // Appl. Opt. 1997. V. 36. P. 5224-5229.

11. Креков Г.М., Крекова M.M., Статистическое моделирование трансспектральных процессов при лазерном зондировании окружающей среды: I. Рамановское рассеяние. // Оптика атмосферы и океана. 2004 г. Т. 17, №10, 845-853 с.

12. Topics in Fluorescence Spectroscopy. Vol. 5. Nonlinear and Two-Photons-Induced Fluorescence. Ed. by. R. Lacovicz. Kluver Acad. Pub. N.-Y. 2002, 551 p.

13. Harriman A. Photophysical processes in condensed phases // Photochemistry, 2001, V.32, 15-46 p.

14. Liu C.H., Das B.B., Glassman W.L., Tang G.C. Raman, fluorescence and time-resolved light scattering as optical diagnostic techniques to separate diseased and normal biomedical media//J. Photochem. Photobiol., 1992, V.16, 187-209 p.

15. Tuchin V.V. Tissue Optics: Light scattering methods and instruments for medical diagnosis. Bellingham. SPIE Opt. Engng. Press, 2000, 315 p.

16. Кондратьев К.Я., Поздняков Д. В. Оптические свойства природных вод и дистанционное зондирование фитопланктона. JL, Наука, 1988, 183 с.

17. Hoge F.E., Swift R.N. Absolute tracer dye concentration using airborne laser -induced water Raman backscatter. // App. Optics, 1981, V.20, 1191-1201 p.

18. Bristow M., Nielson D., Bundy D„ Furtek R. Use of water Raman emission to correct airborne laser fluorosensor data for effects of water optical attenuation // Appl. Optics, 1981, V.20, 2889-2906 p.

19. Gelbwach J., Birnbaum M. Fluorescence of atmospheric aerosols and lidar implication. // Appl. Optics, 1973, V.12, 2442-2447 p.

20. Brinksma E.J., Mijer Y.J., McDermid 1С. First lidar observations of mesospheric hydroxyl// Geophys. Res. Lett. 1998, V.21, 51 54 p.

21. Yeh S.-D., Browell E.V. Shuttle lidar fluorescence investigation. 1.: Analysis of Na and К measurements // Appl. Optics, 1982, V.21, 2365-23274 p.

22. Lidar: Range Resolved Optical Remote Sensing of the Atmospheric. Ed. by Claus Weitkamp, Springer Science + Business Media Inc., Singapore, 2005, 451 p.

23. Rairoux P., Schillinger H., Niedermeier S., Rodrigues M., Ronneberger F. Remote sensing of the atmosphere using ultrashort laser pulses // Appl. Phys., 2000, V.71, 573-580 p.

24. Buehler Ch, Dong C.Y., So P.T.C., French Т., Gratton E. Time-resolved polarization imaging by pump-probe (stimulated emission) fluorescence microscopy. //Biophys. Journ., 2000, V.79, 536-549 p.

25. Clericetti A. Calpini В., Durieux E., Van Bergh H. Pump-and-probe lidar for in-situ probing of atmospheric chemistry. // Proc. SPIE, 1992, V.1714, 291-302 p.

26. Chehalyuk A.M., Hoge F.E., Wright C. W., Swift R.N., Yungel J.K. Airborne test of laser pump-and-probe technique for assessment of phytoplankton photochemical characteristics // Photosynth. Res. 2000, V.66, 45-56 p.

27. Gunter K.P., Dahn H.-G., Ludeker W. Remote sensing vegetation status by laser-induced fluorescence // Remote Sens. Environm., 1994, V.47, 10-17 p.

28. Ounis A., Cerovic Z.G., Briantais J.M., Moya I. Dual-excitation FLIDAR for the estimation of epidermal UV absorption in leaves and canopies // Remote Sens. Environm., 2001, V.76, 33-48 p.

29. Kaye P.H., Barton J.E., Hivst E., Clare J.M. Simultaneous light scattering and intrinsic fluorescence measurement for the classification of airborne particles // Appl. Optics, 2000, V.39, 3738-3745 p.

30. Hill S.C., Pinnick R.G., Niles S„ Fell N.F., Pan Y., Bottiger J., Bronk B.V., Holler S. Fluorescence from airborne microparticles: dependence of size, concentration fluorophorus, and illumination intensity // Appl. Optics, 2002, Y.41, 4432 p.

31. Saito Y., Kanoh М., Hatake К., Kawahara Т., Nomura A. Investigation laser-induced fluorescence of several natural leaves for application to lidar vegetation monitoring. // APP1-Optics, 1998, Y.37, 431-437 p.

32. Balichenko S., Dudelzak A., Poryvkina L. Laser remote sensing of coastal and terrestrial pollution by FLS-LIDAR // EARSel e Procidings, 2004, V.3, 1-7 p.

33. Gray P.C., Shokair I.R., Rosental S.E., Tisone G.C., Wagner Y.S., Rigdon L.D-Distinguishability of biological material by use of ultraviolet multispectral fluorescence H Appl. Optics, 1998, V.37, 6037-6041 p.

34. Cristesen S., Merrow C., DeSha M., Wong A. UV fluorescence lidar detection of bioaerosols // SPIE 2004, V. 2222, 228 237 p.

35. Fadeev V.V., Dolenko T.A., Filippova E.V., Chubarov V.V. Saturation spectroscopy as a method for determining the photophysical parameters of complicated organic compounds H Optic Coramun, 1999, V.166, 25-33 p.

36. Shreiberg U. Detection of rapid induction kinetics with a new type of high frequency modulated chlorophyll fluorometer // Photosynthesis Research, 1986, V.9, 261-272 p.

37. Доленко C.A., Гердова И.В., Доленко T.A., Фадеев В.В. Лазерная флуоресценция смесей сложных органических соединений с использованием искусственных нейронных сет^и //Квант, электроника, 2001, Т.31, 834-838 с.

38. Moshon £>., Vrindts Е., Ketelaere В., BaerdemaekJ., Ramon Н. A neural network based plan* classifier// Computers and Electronic in Agriculture, 2001, V.31, 5-16 p.

39. Chandrasekhar S. Radiative transfer//N.Y., Dover, 1960, 395 p.

40. Monte Carlo Method in atmospheric Optics / Ed by G.I. Marchuk. Berlin; Heidelberg^ Springer-Verlag, 1980. 206 p.

41. Фано У., Спенсер JI., Бергер М. Перенос гамма излучения. М.: Госатомиздат, 1963,284с.

42. Computing Method in Reactor Physics / Ed. by H. Greenspan, Gordon and Breach Sci. Publ-* N.Y.-London-Paris, 1972, 372 p.

43. Матвиенко Г.Г., Веретенников В.В., Креков Г.М., Крекова , М.М. Дистанционное зондирование атмосферных аэрозолей с использованием фемтосекундного лидара белого света // Оптика атмосферы и океана. 2003. Т. 16. №12. С. 1107-1115.

44. Келих С. Молекулярная нелинейная оптика. М.: Наука, 1981. 672 с.

45. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Л. Гидрометеоиздат, 1986,256с.

46. Haltrin V.I., Kattawar G. W. Self- consistent solution to the equation transfer with elastic and inelastic scattering in oceanic optics. I. Model.// Appl. Opt., 1993, V. 32, P.5356-5367

47. Креков Г.М., Шаманаева Л.Г. Статистические оценки спектральной яркости сумеречной земной атмосферы. Сб. "Атмосферная оптика." М. Наука, 1974, с. 180-186

48. Грибов Л.А., Ковнер М.А. Вибронные спекры и интенсивности в спектрах КР сложных молекул // Журнал прикл. Спектр. 1986, т.45, №5, с.721-737.

49. Лоудои Р. Квантовая теория света. М., Мир, 1976, 488с.

50. Gordon H.R. The diffuse reflectance of the ocean: The theory of its augmentation by chlorophyll a fluorescence at 685 nm // Appl. Opt. 1979, V. 18, P. 1161-1166

51. Preisendorfer R. IV., Mobley C.D. Theory of fluorescent irradiance fields in natural waters // J. Geophys. Res. 1988, V. 93D, P.10831-10855

52. Hoge F.E. Beam attenuation coefficient retrieval by inversion airborne lidar-induced chromophoric dissolved organic matter fluorescence. I. Theory // Appl. Opt. 2006, V. 45, P.2344-2351

53. Davison B. Neutron Transport Theory. Clarendon, Oxford, 1957, P.255-284

54. Иванов В.В. Перенос излучения и спектры небесных тел, М., Наука, 1969, 472с.

55. Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии, М., Мир, 1986, 496с.

56. Gumbel J., Witt G. Monte Carlo studies of the resonance fluorescence technique for atmospheric atomic oxygen measurements II J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 1997, V. 58, P.1-17

57. Schroeder M., Barth II., Reuter R. Effect of inelastic scattering on underwater daylight in the ocean: model evaluation, validation, and first resalts // Appl. Opt. 2003, V. 42, P.4244-4260

58. Paithakar D.Y., Chen A.U., Pogue B.W., Patterson M.S., Sevick-Muraca E.M. Imaging of fluorescent yield and lifetime from multiple scattered light reemitted from random media // Appl. Opt. 1997, V. 36, P.2260-2272

59. Forster Т. Zwischenmoleculare Enerqiewanderund und Fluoreszenz // Ann. Phys. 1948, B. 2, P.55-75

60. Agranovich V.M., Galanin M.D. Electronic Excitation Energy Transfer in Condensed Matter, North-Holland, New York, 1982, 382p.

61. Chew H. MeNulty P.J., Kerker M. Model for Raman and fluorescent scattering by molecules embedded in small particles // Phys. Rew. Lett. 2000, V.85, №.1, P.54-57

62. ОкабеХ. Фотохимия малых молекул, М., Мир, 1981, 300с.

63. Креков Г.М,,. Крекова М.М Статистическое моделирование трансспектральных процессов при лазерном зондировании окружающей среды. 2. Лазерно-индуцированная флуоресценция // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т.20. № 2.С. 148153

64. Кондратьев К.Я., Козодёров В.В., Федченко 77.77. Аэрокосмические исследования почв и растительного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 230 с.

65. Verstraete М.М. Retrieving canopy properties from remote sensing measurements // Imaging Spectrometry — a Tool for Environmental Observation. Spinger Netherlands, 1994. P. 109123.

66. Kumar L., Schmidt K., Dury S., Skidmore A. Imaging spectrometry and vegetation science // Imagine Spectrometry. Netherlands: Kluver Academic Publ. 2001. P. 111-155.

67. Chen Z, Ren J., Gong P., Zhang M. Monitoring and management of agriculture with remote sensing // Advances in Land Remote Sensing. Spinger Netherlands, 2008. P. 397-421.

68. Merzlyak M.N., Gitelson A.A., Chivkunova О. V., Solovchenko A.E., and Pogosyan S.I. Application of reflectance spectroscopy for analysis of higher plant pigment // Russian Journal of Plant Physiology, V. 50, N. 5, 2003, P. 704-710.

69. Blackburn G.A. Hyperspectral remote sensing of plant pigments // Journal of Experimental Botany, 2007, V. 58, N.4, P. 855-867.

70. Sims D.A., Gamon J.A. Relationships between leaf pigment content and spectral reflectance across a wide range of species, leaf structures and developmental stages // Remote Sensing of Environment, 2002, V. 81, P. 337-354.

71. Pinter P.J.,Hatfield J.L., Schepers J.S., Barnes E.M., Moran M.S., Daughtry C.S.T., and Upchurch D.R. Remote Sensing for Crop Management // Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, June 2003, V. 69, N. 6, P. 647-664.

72. Seager S., Turner E., Shafer J., Ford E. Vegetation's red edge: A possible spectroscopic biosegnature of extraterrestrial plants // Astrobiology, 5(3), P. 372-390.

73. Yamada N. and Fujimura S. Nondestructive measurement of chlorophyll pigment content in plant leaves from three-color reflectance and transmittance // Applied optics, 1991, V. 30, N. 27, P. 3964-3973.

74. Mastroberti A. and Mariath J. Leaf anatomy of Araucaria angustifolia (Bertol.) Kuntze (Araucariaceae) // Revista Brasil. Bot., 2003, V. 26, N. 3, P. 343-353.

75. Бердиик В.В., Мухамедяров Р.Д. Перенос излучения в листьях растений // Оптика и спектроскопия, 2001, Т. 90, N. 4, С. 652-663.

76. Kasperbauer M.J. and Hamilton J.L. Chloroplast structure and starch grain accumulation in leaves that received different red and far-red levels during development // Plant Physiology, 1984, V. 74, P. 967-970.

77. Willstaetter A. and Stoll K. Untersuchungen uber die assimilation der Kohlensaure, Verlag-Springer, 1918, P. 122-127.

78. Sinclair T.R., Schreiber M.M. and Hoffer R.M. Diffuse reflectance hypothesis for the pathway of solar radiation through leaves // Agronomy Journal, 1973, V. 65, P. 276-283.

79. Ustin S.L., Jacquemoud S. and Govaerts Y.M. Simulation of photon transport in a three-dimensional leaf: implications for photosynthesis // Plant, Cell and Environment, 2001, V.24, P. 1095-1103.

80. Baranoski G.V.G. Modeling the interaction of infrared radiation (750 to 2500 nm) with bifacial and unifacial plants leaves // Remote Sensing of Environment, 2006, V. 100, P. 335347.

81. Allen W.N., Gausman H.W. and Richardson A.J. Mean effective optical constant of cotton leaves // Journal of the Optical Society of America, 1970, V.60, P. 542-547.

82. Fukshansky L., Fukshansky-Kazarinova N. and von Remisovsky A.M. Estimation of optical parameters in a living tissue by solving the inverse problem of the multiflux radiative transfer //Applied Optics, 1991, V. 30, N. 22, P. 3145-3153.

83. Jacquemoud S. and Baret F. PROSPECT: a model of leaf optical properties spectra // Remote Sensing of Environment, 1990, V. 34, P. 75-91.

84. Jacquemoud S., Ustin S.L., Verdebout J., Schmuck G., Andreoli G. and Hosgood B. Estimating leaf biochemistry using the PROSPECT leaf optical properties model. // Remote Sensing of Environment, 1996, V. 56, P. 194-202.

85. Jacquemoud S., Bacour C., Poilve H. and Frangi J.-P. Comparison of four radiative transfer models to simulate plant canopies reflectance Direct and inverse mode // Remote Sensing of Environment, 2000, V. 74, P. 471-481.

86. Ma Q„ Ishimaru A., Phu P., Kuga Y. Transmission, reflection, and depolarization of an optical wave for a single leaf // IEEE Trans, on Geosci. and Remote Sensing, 1990, V. 28, N. 5, P. 865-872.

87. Ganapol B.D., Johnson L.F.,HammerP.D., Hlavka C.A. and Peterson D.L. LEAFMOD: a new within-leaf radiative transfer model // Remote Sensing of Environment, 1998, V. 63, N. 2, P. 182-193.

88. Dunn A.K. Modeling of light scattering from inhomogeneous biological cells // A. Hoekstra etal. (eds.), Optics of Biological Particles, Berlin: Springer, 2007, P. 19-29.

89. Ouirantes A., Bernard S. Light-scattering methods for modeling algal particles as a collection of coated and/or nonspherical scatterers // Journal of Quantit. Spectroscopy & Radiative Transfer. 2006, V. 100, P. 315-324.

90. Quirantes A., Bernard S. Light scattering by marine algae: two-layer spherical and nonspherical models // Journal of Quantit. Spectroscopy & Radiative Transfer, 2004, V. 89, P. 311-321.

91. Havemann S., Baran A.J. Calculation of the phase matrix elements of elongated hexagonal ice columns using the T-Matrix method // Journal of Quantit. Spectroscopy & Radiative Transfer, 2004, V. 89, P. 87-96.

92. Baldini E., Facini O., Nerozzi F., Rossi F., Rotondi A. Leaf characteristics and optical properties of different woody species, Berlin: Verlag-Springer, 1997, V. 12, P. 73-81.

93. Holland J.H. Adaptation in Natural and Artificial System. Mich.: Michig. Press. 1975. 294 p.

94. Ye M., Wang S., Lu Y., Zhu Z., Xu Y. Inversion of particle-size distribution from angular light-scattering data with genetic algorithms // Appl. Optics. 1999. V. 38. P. 2667-2685

95. Jones M.R., Brewster M.O., Yamada Y. Application of genetic algorithm to the opical characterization of propellant smoke // J. Thermophys. Heat Transfer. 1996 V.10. P.372-377

96. Razi Naqvi К., Merzlyak М. N. and Melo Т. В. Absorption and scattering of light by suspensions of cells and subcellular particles: an analysis in terms of Kramers-Kroning relations // Photochemical & Photobiological Sciences, 2004, V. 3, 132 137.

97. Mishchenko M.I., Travis L.D., Lacis A.A. Scattering, Absorption, and Emission of Light by Small Particles. Cambridge: University Press. 2002. 445 p.

98. Risovic D. Two-component model of sea particle distribution // Deep Sea Res., Part 1. 1993. V.40. P. 1459-1473

99. Зуев В.E., КрековГ.М. Оптические модели атмосферы. Л.:Гидрометеоиздат. 1986. 255с54. http://www.giss.nasa.gov./~crmim

100. Gilat A., Subramaniam V., Siibramaniam V. Numerical Methods with Matlab . Wiley, John & Sons, Incorporated. 2006. 624p

101. Krekova M. M., Krekov G. M., Samokhvalov I. V., Shamanaev V. S. Numerical evaluation of the possibilities of remote laser sensing of fish schools // Applied Optics. 1994. V. 33. P.5715-5720

102. МихайловГ.А. Некоторые вопросы теории методов Монте-Карло. Новосибирск: Наука СО. 1974. 142 с.

103. МихайловГ.А. Оптимизация весовых методов Монте-Карло, методов Монте-Карло, методов Монте-Карло.М.: Наука. 187 с.

104. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике. Под ред. Г.И. Марчука. Новосибирск: Наука. 284 с.

105. Daniel A. Sims, John A. Gamon Relationships between leaf pigment content and spectral reflectance across a wide range of species, leaf structures and developmental stages // Remote Sensing of Environment, 2002 V. 81, P. 337-354

106. Г.М. Креков, M.M. Крекова, А. А. Лисенко, А.Я. Суханов, Радиационные характеристики растительного листа // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т.22. № 4.1. Литература к главе III

107. Поздняков Д.В., Лясковский А.В., Грассл X., Петтерсон Л. Численное моделирование трансспектральных процессов (ТП) взаимодействия света с водной средой // Исследование Земли из космоса. 2000. №5. С. 3-15.

108. Sathyendranath S., Piatt Т. Ocean color model incorporating transspectral processes // Appl. Opt. 1998. V. 37. P. 2216-2227.

109. Melfi S.H. Remote measurement of the atmosphere using Raman scattering // Appl. Opt. 1972. V. 11. P. 1605-1610.

110. Lidar: Range Resolved Optical Remote Sensing of the Atmospheric. Ed. by Claus Weitkamp, Springer Science + Business Media Inc., Singapore. 2005. 451 p.

111. Креков Г.М., Крекова MM, Статистическое моделирование трансспектральных процессов при лазерном зондировании окружающей среды: I. Рамановское рассеяние. // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т.17.№ 10.С. 845-853.

112. Креков Г.М., Крекова М.М. Об эффективности методов колебательно-вращательной рамановской спектроскопии при лазерном зондировании облачной атмосферы. Оптика атмосферы и океана 2005, Т. 18 №5-6.

113. Krekov G.M., Krekova M.M. On the efficiency of rotational vibrational Raman spectroscopy methods in laser sensing of the cloudy atmosphere. Proc. SPIE 2006, V.6160, Part II.

114. Креков Г.М.,. Крекова M.M Статистическое моделирование трансспектральных процессов при лазерном зондировании окружающей среды. 2. Лазерно-индуцированная флуоресценция // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т.20. № 2.С. 148153

115. Harriman A. Photophysical processes in condensed phases // Photochemistry. 2001. V. 32. P. 15-46.

116. Meoicepuc P. Лазерное дистанционное зондирование. Москва: Мир, 1987. 550 с.

117. Gelbwachs J., Dirnhaum М. Fluorescence of atmospheric aerosol and lidar implications // Appl. Opt. 1973. V. 12. P. 2442-2447.

118. Liu C.H., Das B.B., Glassman W.L., Tang G.C. Raman, fluorescence and time-resolved light scattering as optical diagnostic techniques to separate diseased and normal biomedical media //J. Photochem. Photobiol. 1992. V.16. P.187-209.

119. Кондратьев К.Я., Поздняков Д.В. Оптические свойства природных вод и дистанционное зондирование фитопланктона. Л., Наука. 1988. 183 с.

120. Kumar L., Schmidt К, Dury S., Skidmore A. Imaging spectrometry and vegetation science // Imagine Spectrometry. Netherlands: Kluver Academic Publ. 2001. P. 111-155.

121. Chen Z, Ren J., Gong P., Zhang M. Monitoring and management of agriculture with remote sensing// Advances in Land Remote Sensing. Spinger Netherlands, 2008. P. 397-421.

122. Blackburn G.A. Hyperspectral remote sensing of plant pigments // Journal of Experimental Botany, 2007, V. 58, N.4, P. 855-867.

123. Chlorophyll a Fluorescence: A Signature of Photosynthesis, G.C. Papageorgiou (ed), The Netherlands. Springer. 2004. 735 P.

124. Cordon G.B., Lagorio M.G. Re-absorption of chlorophyll fluorescence in leaves revisited. A comparison of correction models // Photochem. Photobiol. Sci., 2006, 5, 735-740

125. Ounis, S. Evain, J. Flexas, S. Tosti and I. Moya, Adaptation of a РАМ fluorometer for remote sensing of chlorophyll fluorescence, Photosynth. Res., 2001, 68, 113-120.

126. Gitelson, C. Buschmann and H. K. Lichtenthaler, Leaf Chlorophyll Fluorescence corrected for re-absorption by means of absorption and reflectance measurements, J. Plant Physiol., 1998, 152, 283-296.

127. M. E. Ramos and M. G. Lagorio, True fluorescence spectra of leaves, Photochem. Photobiol. Sci.,2004, 3, 1063-1066.

128. Renger Т., May V., Kuhn O. Ultrafast exitation energy transfer dynamics in photosynthetic pigment-protein complexes // Physics Reports 2001. V. 343. P. 137-254

129. Pedrtos R., Moya I., Goulas Y., Jacquemoud S. Chlorophyll fluorescence emission spectrum inside a leaf// Photochem. Photobiol. Sci., 2008, V.7, P. 498-502

130. Gunter K.P., Dahn H.-G., Ludeker W. Remote sensing vegetation status by laser-induced fluorescence // Remote Sens. Environm. 1994. V. 47. P.10-17.

131. Y. V. Knyazikhin, A. L. Marshak, and R. B. Myneni, Interaction of photons in a canopy of finite-dimension leaves // Remote Sensing Environ., 1992. V. 39, P. 61-74,

132. Krekov G.M., Krekova M.M., Matvienko G.G. Monte Carlo modeling of the light scattering by homogeneous vegetation in optical remote sensing // Proc. XIII Int. Sympos. «Atmospheric Oceanic Optics». Tomsk, 2006. P. 127-128.

133. Govaerts Y.M., Jacquemoud S., Verstraete M.M. and Ustin S.L. Three-dimensional radiation transfer modeling in a dicotyledon leaf // Applied optics, 1996, V. 35, N. 33, P. 6585 6578 .

134. Креков Г.М., M.M. Крекова, A.B. Ковшов, A.A. Лисенко, А.Я. Суханов Расчет радиационных характеристик листа методом Монте-Карло. I. Оптическая модель двудольного листа // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т.21.( в печати)

135. JJstin S.L., Jacquemoud S. and Govaerts Y.M. Simulation of photon transport in a three-dimensional leaf: implications for photosynthesis // Plant, Cell and Environment, 2001, V.24, P. 1095-1103.

136. F. Franck, P. Juneau and R. Popovic. Resolution of the photosystem I and photosystem II contributions to chlorophyll fluorescence of intact leaves at room temperature // Biochim. Biophys. Acta 2002. V. 1556. P. 239-246.

137. Зуев В.E., Креков Г.M. Оптические модели атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 256 с.

138. D. Y. Fan, А. В. Hope and P. J. Smith. The stoichiometry of the two photosystems in higher plants revisited // Biochim. Biophys. Acta, 2007. V. 1767. P. 1064-1072.38. http://www.photochemcad.com

139. Paithakar D.Y., Chen A.U., Pogue B.W., Patterson M.S., Sevick-Muraca E.M. Imaging of fluorescent yield and lifetime from multiple scattered light reemitted from random media // Appl. Opt. 1997. V. 36. P. 2260-2272.

140. Agranovich V.M., Galanin M.D. Electronic Excitation Energy Transfer in Condensed Matter. North-Holland. New York, 1982. 382 p.

141. Monte Carlo Method in atmospheric Optics / Ed by G.I. Marchuk. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag. 1980. 206 P.

142. Computing Method in Reactor Physics / Ed. by H. Greenspan, N.Y.-London-Paris. Gordon and Breach Sci.: 1972. 372 P.

143. Креков Г.М., Орлов B.M., Белов В.В. Белов М.Л. Имитационное моделирование в задачах оптического дистанционного зондирования. Новосибирск: Наука, 1988. 164 с.

144. Креков Г.М., Шамапаева Л.Г. Статистические оценки спектральной яркости сумеречной земной атмосферы // Сб. "Атмосферная оптика." М.: Наука, 1974. 180-186 С.

145. ЛаковичДж. Основы флуоресцентной спектроскопии, М.: Мир, 1986. 496 с.

146. Chew Н. MeNulty P.J., Kerker М. Model for Raman and fluorescent scattering by molecules embedded in small particles//Phys. Rew. Lett. 2000. V. 85. P. 54-57.

147. Knyazikhin Y., Marshak A., Myneni R.B. 3D Radiative transfer in vegetation canopies and cloud-vegetation interaction // 3D Radiative Transfer in Cloudy Atmosphere. Berlin, Heidelberg. Shpringer. 2005. P. 617-651.

148. Креков Г.М., Крекова M.M., Лисенко A.A., Матвиенко Г.Г. Статистическое моделирование трансспектральных процессов: реабсорбция ЛИФ // Оптика атмосферы и океана. 2008. Т. 21. №12. С. 1076-108

149. Г.М. Креков, М.М. Крекова, А.А. Лисенко, Г.Г. Матвиенко Реабсорбция лазерно-индуцируемой флуоресценции в растительном покрове: стохастическая модель // Оптика и спектроскопия 2009.Т.106. №4. С. 583-588

150. Г.М. Креков, М.М. Крекова, А.А. Лисенко, Г.Г. Матвиенко Статистическое моделирование лазерно-индуцируемой флуоресценции в растительном покрове // ЖПС. 2009. Т.76. №3.

151. Список литературы к главе IV

152. Тимофеев Ю.М., Васильев А.В. Теоретические основы атмосферной оптики.- Санкт-Петербург: Наука. 2003.- 475 с.2. http://www.bellona.ru/Casefiles/kioto

153. Спектроскопические методы зондирования атмосферы.- Под ред. И.В.Самохвалова.-Новосибирск: Наука СО. 1985.- 144 с.

154. Piatt U., Perner D. // J. Geophys. Res. 1980. - Vol. 85. - P. 7453-7458.

155. Piatt U. Differential Optical Absorption Spectroscopy // Air Monitoring Encyclopedia of Analytical Chemistry.- Ed. by R.A. Meyers, Chichester: John Wiley & Sons Ltd, 2000.- P. 1936-1959.

156. Piatt U., Stutz J. Differential Optical Absorption Spectroscopy. Principles and Application -Berlin-Heidelberg: Springer. 2008 601 p.

157. Креков Г.М., Крекова M.M., Суханов А.Я. // Оптика атмосф. и океана.- 2009.- Т. 22,-№4- (в печати).

158. Trushin S.A., Fuss W., Kosma К., Schmid W.E. // Appl. Phys. 2006. - V. В 85. P. 1-5.

159. Лисенко А.А., Ломаев М.И. // Оптика атмосферы и океана. 2002. - Т.15. - №3. - С. 293-297.

160. Arnold Е., Lomaev M.I., Lisenko А.А., Skakun V.S., Tarasenko V.F., Tkachev A.N., Shitts. D.V., Yakovlenko S.I. // Laser Physics. 2004. - V.14. - No.6. - P.809-817.

161. Ломаев М.И., Скакун B.C., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Лисенко А.А. // Письма в ЖТФ. 2006. - Т.32. - В. 13 - С.74-79.

162. Ломаев М.И., Соснин Э. А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Скакун B.C., Ерофеев М.В., Лисенко А.А. // Приборы и техника эксперимента. 2006. -Т.49. - №5. - С. 5 -26.

163. Соснин Э.А., Ерофеев М.В., Лисенко А.А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В. // Оптический журнал. 2002.- Т.69.- №7. -С.77 - 80.

164. Ломаев М.И., Скакун B.C., Соснин Э. А., Тарасенко В.Ф., Шитц Д.В., Ерофеев М.В. // УФН.- 2003.- Т. 173. С. 201-217

165. Noxon, J. F. // Science. -1975.- V. 189. P. 547-549.

166. Noxon, J. F., C.Whipple E.C., and Hyde R.S. // J. Geophys. Res. 1979.- V. 84.-P. 50475076.

167. Piatt U., Perner D„ Patz H.W. // J. Geophys. Res. 1979. - V. 84. - P. 6329-6335.

168. Rothman L.S., Jacquemart D., Barbe A., et al // J. Quant. Spec. & Rad. Transfer. 2005.-V.96.- P. 139-204.

169. Jones R.L. // SPIE Opt. Methods Atmosph. Chem. 1992. - V. 15,- P. 393-402.

170. Strong K., Jones R.L. // Appl. Optics. 1995. - V. 34. - P. 6223-6235.

171. Povey I.M., South A.M., Hill C., Freshwater R.A., Jones R.L. // J. Geophys. Res.- 1998. V. 103.-P. 3369-3380.

172. Douard M., Bacis R., Rambaldini P., Wolf J.P. // Opt. Letters. 1995. - Y.20. - P. 21402142.

173. Wille H., Rodrigues M., Kasparian J. // Eur. Phys. J. Appl. Phys. 2002. - V. 20. - P. 183190.

174. Kasparian J., Rodrigues M., Mejean G., Salmon J.Yu., Wille H., Wolf G.P., Franco M., Woste L. // Science. 2003. - V. 301. - P. 61-64.

175. Somekawa T„ Yamanaka C., FujitaM., Galvez M. C. // Jpn. J. Appl. Phys. 2008. - V. 47. -P. 2155-2157

176. Irvine W.M. // Bull. Astron. Inst. Nether. 1964. - V. 17. - P. 266-279

177. Креков Г.М., Крекова M.M., Суханов А.Я. // Оптика атмосферы и океана. 2009.- Т. 22. (в печати).

178. Lienert В. R., Porter J. N., Sharma S. К. // Appl. Opt. 2001. - V. 40. - P. 3476-3482.

179. MeraN.S., Elliott L., Ingham D.B. // Comput. Mechanics. 2004. - V.33. - P.254-262.

180. Зуев В.E., Кабанов М.В. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере. М.: Сов. Радио. 1977. 368 с.

181. Креков Г.М., Орлов В.М., Белов В.В. Имитационное моделирование в задачах оптического дистанционного зондирования. Новосибирск: Наука СО. 1988. 164 с.

182. Креков Г. М. Модификация локальной оценки потока в приложении к задаче широкополосного лазерного зондирования // Квант. Электр. 2009. (в печати)

183. Erofeev М. V., Tarasenko V. F. // J. Phys. D.: Appl. Phys. 39 (2006) pp. 3609- 3614.

184. Зуев В.E., Креков Г.М. Современные проблемы атмосферной оптики. Т. 2 Оптические модели атмосферы. Л.: Гидрометиоиздат. 1986. 256 с.

185. Поздняков Д.В., Лясковский А.В., Грассл X., Петтерсон Л. Численное моделирование трансспектральных процессов (ТП) взаимодействия света с водной средой // Исследование Земли из космоса. 2000. №5. С. 3-15.

186. Liu С.Н., Das В.В., Glassman W.L., Tang G.C. Raman, fluorescence and time-resolved light scattering as optical diagnostic techniques to separate diseased and normal biomedical media // J. Photochem. Photobiol. 1992. V.16. P. 187-209.

187. Cerovic Z.G., Samson G., Morales F., Tremblay N„ Moya I. Ultraviolet-induced fluorescence for plant monitoring: present state and prospects // Agronomie. 1999. V. 19. P. 543578.

188. Tarasenko V.F., Sosnin E. V. VUV and UV exilamps and their applications. Proc. of SPIE. 2006. V. 6261. P. 361-370.

189. Креков Г. М., Крекова М. М., Лисенко А. А., Суханов А. Я., Ерофеев М. В., Ломаев М. И., Тарасенко В. Ф. Потенциальные возможности импульсных эксиламп для дистанционного зондирования загрязнённой атмосферы // Оптика и спектроскопия. 2009.

190. Svanberg S. Fluorescence lidar monitoring of vegetation status // Physica Scripta. 1995. V. T58. P. 79-85.

191. Corp L.A., McMurtney J.E., Middleton E.M., Mulchi C.L., Chappelle E.W. Daughtry C.S. Fluorescence sensing systems: In vivo detection of biophysical variations in field corn due to nitrogen supply // Remote Sens. Environ. 2003. V. 86. P. 470-479.

192. Krekov G. M., Krekova M. M., Lisenko A. A., and Matvienko G. G. Reabsorption of laser-induced fluorescence in a plant canopy: Stochastic model // Optics and Spectroscopy, 2009, V. 106, No. 4, P. 514-519.

193. Krekov G. M., Krekova M. M., Lisenko A. A., and Sukhanov A. Ya. Radiative characteristics of plant leaf// Atmospheric and Oceanic Optics, 2009, V. 22, No. 2, P. 241-256.

194. Г.М. Креков, A.A. Лисенко, Г.Г. Матвиенко, Э.В. Соснин Эксилампы как перспективный источник возбуждения спонтанной флуоресценции органических молекул // Письма в ЖТФ, 2009, том 35, вып. 17, с. 28-35

195. Г.М. Креков, А.А. Лисенко, Г.Г. Матвиенко, Э.А. Соснин Эксиплексные лампы как новый инструмент флуоресцентной спектроскопии // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т.22. №7. С. 710-713