Программно-алгоритмическая система для численного моделирования широкополосного лазерного газоанализа атмосферы

Аннотация

Введение: актуальной исследовательской задачей является разработка гибких программно-алгоритмических комплексов с возможностью эволюционного развития расчетного функционала для успешного решения проблем оперативного и качественного контроля параметров окружающей среды. Цель: разработка модульной системы численного моделирования лазерного газоанализа атмосферы. Результаты: на основе математического аппарата метода дифференциального поглощения разработана программно-алгоритмическая система, обеспечивающая расчет сечений молекулярного поглощения, коэффициентов молекулярного поглощения, спектров пропускания атмосферы и лидарных сигналов. Расчет контуров линий поглощения производится с использованием контура Фойгта. В качестве источников априорной информации используются базы спектроскопических данных HITRAN и статистические модели распределения температуры, давления и газовых компонент атмосферы. Вместе с тем для моделирования лидарных сигналов разработаны программные блоки расчета и учета коэффициента молекулярного рассеяния и коэффициентов аэрозольного поглощения и рассеяния. Для проверки применимости различных лазерных источников в задачах экологического мониторинга атмосферы разработан блок расчета ошибок восстановления концентраций исследуемых газовых компонент атмосферы при неучете поглощения лазерного излучения сторонними газами. В целях проверки корректности функционирования программного комплекса разработан программный блок сравнения результатов моделирования спектров поглощения и пропускания атмосферы с применением общепринятой информационной системы SPECTRA. Величина несовпадения результатов расчета спектров пропускания атмосферы, полученных с использованием программно-алгоритмической системы, при сравнении с результатами SPECTRA составляет менее 7 %. Таким образом, набор представленных программных блоков позволяет осуществлять комплексное моделирование дистанционного газоанализа атмосферы. Практическая значимость: программно-алгоритмический комплекс позволяет производить экспресс-оценку возможностей применения широкого круга источников лазерного излучения в задачах дистанционного газоанализа атмосферы.