Распознавание градоопасности кучево-дождевых облаков лазерным зондированием в коротковолновой видимой области длин волн

Электроника

Abstract

Защита сельскохозяйственных культур, связанная с оперативным и надежным определением градоопасности облака, является первоочередной задачей сельского хозяйства. Основным способом распознавания градоопасности на нынешний день являются радиолокационные методы, которые основаны на взаимодействии радиоволн сантиметрового (3 и 10 см) диапазона с облаками. Рассмотрен способ распознавания градоопасности кучево-дождевых Cb облаков, основанный на лазерном зондировании в коротковолновой видимой области длин волн. Отраженный от градоносного облака сигнал зондирующего излучения формируется разницей отражательной способности льда и воды. В коротковолновой видимой области длин волн (400…500 нм) вне зависимости от соотношения длины волны и размеров рассеивающих частиц (градин) имеется результирующий отраженный сигнал из-за большой разницы коэффициентов отражения льда и воды. Если облако состоит только из водяных капель, то отраженный сигнал будет фоновым. Произведен расчет интенсивности отраженного зондирующего излучения на CdS детекторе. Показано, что в дневное время пороговая чувствительность детектора определяется фоновым излучением, образованным отраженным солнечным излучением от поверхности Земли, и составляет 8,7·10–13 Вт/см2 . Проведен сравнительный анализ зондирования облака импульсным и непрерывным лазерами. На основе расчетов показано, что в режиме прямого детектирования система, основанная на твердотельном импульсном YAG:Nd+3 лазере с длиной волны второй гармоники (503 нм) и CdS фотопреобразовательном устройстве (сигнал на детекторе составляет 2.5·10-8 Вт/см2 ), является более эффективной по сравнению с непрерывным лазером. Для определенности в расчетах были использованы следующие приемлемые данные: расходимость лазерного луча - α~10-3 рад; диаметр градин в облаке – 3 см и зондируемое расстояние - 3000 м. Представленная в работе решенная задача о распознавании градоопасности облаков носит местный (локальный) характер. Предлагаемая система может быть успешно применена для регионов с бурной конвекцией (например, Араратская долина, Армения). Для этих регионов характерно внезапное появление градоносных одноячейковых Cb облаков с короткой (до 1 часа) продолжительностью жизни. Радиолокационные методы, являющиеся основным способом определения градоопасности, в этом случае неэффективны.