КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 21-17-00114
НазваниеИсследование атмосферного аэрозоля и облаков лидарными методами спетроскопии комбинационного рассеяния и лазерно - индуцированной флуоресценции
Руководитель Веселовский Игорь Александрович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" , г Москва
Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-607 - Химические процессы, малые газовые составляющие, аэрозоли
Ключевые слова лидар, атмосферный аэрозоль, микрофизические параметры аэрозоля, облака, лазерно индуцированная флуоресценция, комбинационное рассеяние
Код ГРНТИ37.21.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Предлагаемый проект направлен на разработку технологий лидарного мониторинга параметров аэрозоля и облаков на основе методов спектроскопии комбинационного и флуоресцентного рассеяния в комбинации с многоволновыми лидарными измерениями. Современные многоволновые лидары способны профилировать коэффициенты экстинкции и обратного рассеяния аэрозоля на нескольких длинах волн. Соответствующие измерения инвертируются в микрофизические свойства аэрозоля, такие как объем, эффективный радиус и комплексный показатель преломления. Возможности этих лидаров по идентификации типов аэрозоля могут быть существенно расширены за счет использования лазерно - индуцированной флуоресценции частиц. Многочисленные типы атмосферных аэрозолей, такие как биологические частицы, дым, сульфаты и, даже, пыль, флуоресцируют под действием УФ излучения. Спектр флуоресценции меняется в зависимости от типа аэрозоля, что делает возможным его идентификацию. Более того, поскольку чистая вода не флуоресцирует, измерение флуоресценции облаков позволяет получать информацию об аэрозольных частицах в облачном слое.
В процессе реализации данного проекта будет создан флуоресцентный лидар, использующий лазерное излучение с длиной волны 354.7 нм и содержащий пять измерительных каналов для проведения флуоресцентных измерений в спектральном диапазоне 410 – 700 нм. Выделение участков спектра флуоресценции производится с использованием дихроичных зеркал и широкополосных интерференционных фильтров. Чувствительность каналов будет калиброваться с использованием вольфрамовой лампы, а коэффициент обратного флуоресцентного рассеяния вычисляться из отношения сигналов флуоресцентного рассеяния и комбинационного рассеяния азота. Флуоресцентные измерения будут проводится одновременно с измерениями многоволнового лидара ЦФП ИОФ РАН, измеряющего три коэффициента обратного рассеяния (355, 532, 1064 нм), два коэффициента экстинкции (355, 532 нм) и три коэффициента деполяризации аэрозоля.
В процессе реализации проекта будут определены сечения флуоресценции для различных типов аэрозолей и разработан алгоритм определению вертикального распределения основных компонент аэрозольной смеси на основе совместного использования многоволновых и флуоресцентных лидарных измерений. Флуоресцентный лидар будет также использован для определения содержания аэрозоля внутри облаков.
Исследование модификации характеристик облаков под воздействием аэрозоля требует создания технологий, позволяющих определять содержание воды в облаке и размер капель. Одним из способов определения содержания жидкой воды является измерение ее спектра комбинационного рассеяния (КР), наиболее интенсивные области которого находятся в частотном диапазоне 2800 см-1 –3900 см-1. Сечения КР и упругого рассеяния имеют различную зависимость от размера частицы, поэтому одновременное измерение упругого рассеяния и КР воды позволяет измерять также и средний размер капель в облаке. При попытках создания соответствующих лидарных систем использовалось, главным образом, излучение на длине волны 354.7 нм. Однако, флуоресценция аэрозоля в спектральном диапазоне, соответствующем КР жидкой воды, является значительной и не позволяет проводить количественные измерения. В предлагаемом проекте для минимизации вклада флуоресценции при исследовании КР жидкой воды в облаках и аэрозолях будет, использовано излучение с длиной волны 532 нм. Прогресс в разработке современных интерференционных фильтров и детекторов позволяет обеспечить надежную регистрацию сигнала КР для этой длины волны.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
А. Ансманн, К. Охнейзер, Р. Е. Мамури, И. Веселовский, Д.А. Кнопф, Х. Баарс, Р. Энгельман, А. Фох, С. Жименез, П. Сейферт, Б. Бария
Tropospheric and stratospheric wildfire smoke profiling with lidar: Mass, surface area, CCN and INP retrieval
Atmospheric Chemistry and Physics, 21, 9779–9807, 2021 (год публикации - 2021)
10.5194/acp-21-9779-2021
2.
И. Веселовский, Ч. Ху, Ф. Голуб, Т. Подвин, М. Чёэл, Н. Висез, М. Коренский
Mie–Raman–fluorescence lidar observations of aerosols during pollen season in the north of France
Atmospheric Measurement Techniques, 14, 4773–4786 (год публикации - 2021)
10.5194/amt-14-4773-2021
3.
Д. Перез-Рамирез, Д.Н. Вайтман, И. Веселовский, Р. Ферраре, Г. Титос, М. Джозе Гранадос Муноз, Г. Санчез – Хемандез, Ф. Наваз - Гузман
Spatiotemporal changes in aerosol properties by hygroscopic growth and impacts on radiative forcing and heating rates during DISCOVER-AQ 2011
Atmospheric Chemistry and Physics, 21, 12021–12048 (год публикации - 2021)
10.5194/acp-21-12021-2021
4.
Р. Энгельман, А. Ansmann, К. Охнейзер, Х. Грише, М. Рандез, Ж. Хофе, Д. Альтхаузен, С. Дахлке, М. Маеурили, И. Веселовский, С. Жименез, Р. Визен, Х. Баарс, Ж. Бухл, Х. Гебауэр, М. Хааринг, П. Сейферт, У. Вандингер, А. Маке
UTLS wildfire smoke over the North Pole region, Arctic haze, and aerosol-cloud interaction during MOSAiC 2019/20: An introductory
Atmospheric Chemistry and Physics, 21, 13397–13423 (год публикации - 2021)
10.5194/acp-21-13397-2021
5.
М. Милонаки, А. Папаянис, Д. Анагноу, О. Соупиона, С.-А. Папаниколау, И. Веселовский, К. Боугиатоти, Р. Фоскинис, К. Панос, Е. Крали, М. Гидаракоу, А. Ненес
Optical, microphysical and chemical properties of aged biomass burning aerosols and mixtures, based on 9 years multiwavelength Raman lidar observations in Athens, Greece
Remote Sensing, 13, 3877 (год публикации - 2021)
10.3390/rs13193877
6.
K. Охнейзер, А. Ансманн, Р. Энгельман, С. Ритер, А. Чудовский, И. Веселовский, Х. Баарс, Х. Гебауэр, Х. Грише, М. Раденз, Ж. Хофе, Д. Альтхаузен, С. Дахлке, М. Матурили
Siberian fire smoke in the High-Arctic winter stratosphere observed during MOSAiC 2019–2020
Atmospheric Chemistry and Physics, 21, 15783–15808 (год публикации - 2021)
10.5194/acp-21-15783-2021
Публикации
1.
Веселовский, Ху, Ансманн, Голуб, Подвин, Коренский
Fluorescence lidar observations of wildfire smoke inside cirrus: A contribution to smoke-cirrus - interaction research
Atmos. Chem. Phys., 22, 5209–5221, 2022 (год публикации - 2022)
10.5194/acp-22-5209-2022
2.
Ху, Голуб, Веселовский, Подвин
The characterization of long-range transported North American biomass burning plumes: what can a multi-wavelength Mie–Raman-polarization-fluorescence lidar provide?
Atmos. Chem. Phys, 22, 5399–5414, 2022 (год публикации - 2022)
10.5194/acp-22-5399-2022
3.
Охнейзер, Ансманн, Кайфмер, Чудовский, Барья, Кнопф, Баарс, Сейферт, Виллануева, Жименез, Раденз, Эйгельман, Веселовский, Заморано
Australian wildfire smoke in the stratosphere: the decay phase in 2020/21 and impact on ozone depletion
Atmos. Chem. Phys., 22, 7417–7442, 2022 (год публикации - 2022)
10.5194/acp-22-7417-2022
4.
Ди Жилорамо, Де Роза, Сумма, Франко, Веселовский, Френи
Measurements of aerosol size and microphysical properties: A comparison between Raman lidar and airborne sensors.
Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127, e2021JD036086, 2022 (год публикации - 2022)
10.1029/2021JD036086
5.
Ванг, Хиао, Веселовский и др.
This is FAST: multivariate Full-permutAtion based Stochastic foresT method—improving the retrieval of fine-mode aerosol microphysical properties with multi-wavelength lidar
Remote Sensing of Environment, 280, 113226, 2022 (год публикации - 2022)
10.1016/j.rse.2022.113226
6.
Веселовский, Ху, Голуб, Подвин, Барчунов, Коренский
Combining Mie–Raman and fluorescence observations: a step forward in aerosol classification with lidar technology
Atmos. Meas. Tech., 15, 4881–4900, 2022 (год публикации - 2022)
10.5194/amt-15-4881-2022
Публикации
1.
Веселовский И., Касьяник Н., Коренский М., Ху Ч., Голуб Ф., Подвин Т., Лиу Д.
Multiwavelength fluorescence lidar observations of smoke plumes
Atmospheric Measurement Techniques, 16, 8, 2055–2065 (год публикации - 2023)
10.5194/amt-16-2055-2023
2.
Хиао Д., Ванг Н., Чен С., Ву Л., Мюллер Д., Веселовский И., Ландулфо Э., Сивакумар В., Ли Ж., Че Х., Фанг Ж., Жанг К., Ванг Б., Чен Ф., Ху Х., Ли В., Тонг И., Ке Ж., Ву Л., Диу С., Лиу Д.
Simultaneous profiling of dust aerosol mass concentration and optical properties with polarized high-spectral-resolution lidar
Science of the Total Environment, 872, 162091 (год публикации - 2023)
10.1016/j.scitotenv.2023.162091
3.
Колготин А., Мюллер Д., Веселовский И., Коренский М., Ванг Х.
Pre-filter analysis for retrieval of microphysical particle parameters: a quality-assurance method applied to 3 backscatter (β) +2 extinction (α) optical data taken with HSRL/Raman lidar
Applied Optics, 62, 5203-5223 (год публикации - 2023)
10.1364/AO.483151
4.
Колготин А., Мюллер Д., Коренский М., Веселовский И.
ORACLES Campaign, September 2016: Inversion of HSRL-2 Observations with Regularization Algorithm into Particle Microphysical Parameters and Comparison to Airborne In-Situ Data.
Atmosphere, 14, 11, 1661 (год публикации - 2023)
10.3390/atmos14111661
5.
Колготин А., Мюллер Д., Романов А.
Particle Microphysical Parameters and the Complex Refractive Index from 3β+2α HSRL/Raman Lidar Measurements: Conditions of Accurate Retrieval, Retrieval Uncertainties and Constraints to Suppress the Uncertainties.
Atmosphere, 14, 7, 1159 (год публикации - 2023)
10.3390/atmos14071159