автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Лазерные измерительные системы для мониторинга фитопланктонных сообществ и процессов, влияющих на их состояние

На правах рукописи

Майор Александр Юрьевич

ЛАЗЕРНЫЕ ИЗМ ЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ФИТОПЛАНКТОННЫХ СООБЩЕСТВ И ПРОЦЕССОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ИХ СОСТОЯНИЕ

05 11 16 - Информационно - измерительные и управляющие системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Владивосток - 2006

003066272

Работа выполнена в лаборатории «Лазерной оптики и спектроскопии» Тихоокеанского океанологического института им В И Ильичева ДВО РАН

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Жирабок А Н

доктор технических наук, профессор, Кондратьев А И

доктор физико-математических наук Буланов В А

Ведущая организация Федеральное государственное унитарное

предприятие «Всероссийский НИИ физико-технических измерений»

(Дальстантарт)

Защита состоится 24 ноября 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212 055 06 при Дальневосточном государственном техническом университете (ДВПИ им. В В Куйбышева) по адресу 690950, г Владивосток, Аксаковский переулок За

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Дальневосточного государственного технического университета

Автореферат разослан 20 октября 2006 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук —Гамаюнов Е Л

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. В настоящее время наиболее остро стоит проблема изучения воздействия климатических изменений, наблюдающихся на планете, на морские экосистемы. Базисом всех морских экосистем являются фитопланктонные сообщества и любые изменения в их темпах развития влияют на процессы жизнедеятельности морских экосистем в целом. Важность решения этой проблемы состоит в том, что фитопланктон играет ключевую роль в создании условий жизни на планете, в насыщении атмосферы кислородом, поглощении углекислого газа и производстве органического вещества в океане. Климатические изменения, как и процессы более мелких (синоптических) масштабов, воздействуют на функционирование фитопланктонных сообществ и на состояние фотосинтезирующей системы клеток фитопланктона Для исследования результатов этих воздействий необходимы как технические средства исследований самих процессов, протекающих в атмосфере и океане, так и методы, позволяющие определять состояние фотосинтезирующей системы клеток фитопланктона.

Пассивные и активные оптические методы исследований обеспечивают возможность оперативного измерения характеристик клеток фитопланктона на молекулярном уровне и микрофизические характеристики среды в синоптических и климатических масштабах.

Пассивные методы измерения более разработаны к настоящему времени и реализованы уже в спутниковой аппаратуре. В течении более чем двадцати лет проводится измерение концентрации хлорофилла «А» в верхнем слое океана с использованием сканеров цвета морской поверхности СгСБ, ЗеаАУШБ и М(ЮЕ>. Эти данные позволяют приступать к исследованиям воздействия климатических изменений на фитопланктонные сообщества Однако, несмотря на высокий технический уровень пассивных методов проведение надежных измерений, в настоящее время, возможно только для концентрации основного пигмента клеток фитопланктона — хлорофилла «А»

Активные методы, использующие лазерную спектроскопию, являются более информативными и позволяют проводить измерение значительно большего числа параметров: характеристики самих процессов, воздействующих на фитопланктонные сообщества, и параметры, характеризующие состояние клеток (таких как скорость электронного транспорта, концентрацию химических элементов клеток, удельное воспроизводство органического вещества и т д.). Разработка и использование этих методов сдерживается отсутствием надежных технических средств активного зондирования, которые позволяют осуществлять оперативное измерение этих параметров В связи с вышесказанным, разработка новых методов активного оптического зондирования и лазерных измерительных систем, предназначенных для мониторинга процессов, воздействующих на фитопланктонные сообщества, а так же для измерения величин, характеризующих состояние клеток фитопланктона, являются актуальным.

Целью работы является разработка новых лазерных методов исследования окружающей среды и измерительных технических средств для оперативного определения основных параметров, характеризующих состояние фитонланктонных сообществ и процессов воздействующих на них.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Создать технические средства и методы для измерений биооптических параметров морской воды с использованием лазерной индуцированной флуориметрии (ЛИФ), которые обеспечивают оперативные, непрерывные измерения в течение длительного времени в натурных условиях при работе на неспециализированных судах, следующих параметров-

- абсолютных значений концентрации хлорофилла «А» клеток фитопланктона;

- относительных концентраций дополнительных пигментов, входящих в состав клеток фитопланктона;

- относительных величин удельного воспроизводства растворенного органического вещества (РОВ) клетками фитопланктона.

2 Разработать методику и лазерный искровой спектрометр (ЛИС) для оперативных измерений концентрации основных химических элементов, входящих в состав клеток фитопланктона и морской воды.

3. Разработать быстродействующую систему регистрации судового лидарного комплекса для измерения распределения коэффициента ослабления лазерного излучения по глубине с разрешением порядка 1 метра, которое позволяет восстановить структуру светорассеивающих слоев, обусловленную стратификацией температуры и модуляцией гидрофизическими процессами, протекающими в верхнем слое океана

4. Разработать быстродействующую систему регистрации слабых световых потоков для атмосферного лидара, обеспечивающую регистрацию сигнала обратного аэрозольного рассеяния до высот 80 км с пространственным разрешением не хуже 100 м, что необходимо для исследования структуры и динамики аэрозольных слоев в атмосфере.

Научная новизна.

Результаты работы создают методическую и приборную базу, которая значительно расширяет возможности лазерных методов при проведении фундаментальных исследований в области мониторинга фитопланктонных сообществ и исследовании результатов воздействия различных процессов на их состояние:

1. Впервые показана возможность определения относительных величин удельного воспроизводства РОВ клетками фитопланктона, с использованием функциональных соотношений между биооптическими компонентами ЛИФ спектра

2. Разработана методика измерения концентрации основных химических элементов, входящих в состав морской воды и клетки фитопланктона с использованием метода лазерной искровой спектроскопии.

3 Показана возможность определения факторов накопления элементов - загрязнителей морской воды клетками фитопланктона с использованием лазерной искровой спектроскопии

4. Предложена методика построения быстродействующих гидролидарных систем регистрации сигнала обратного рассеяния, которая позволяет восстановить глубинный профиль коэффициента ослабления лазерного излучения с пространственным разрешением порядка 1 метра

Практическое значение работы.

Созданы малогабаритные судовые прокачиваемые лазерные флуориметры, которые осуществляют оперативное измерение спектров ЛИФ морской воды с высоким пространственным и спектральным разрешением. Они обеспечивают возможность длительной непрерывной работы в натурных условиях на судах, не приспособленных для проведения научных измерений. Оперативные измерения концентрации хлорофилла «А», выполняемые по ходу судна позволяют определять биопродуктивность морских вод, проводить сравнительный анализ с данными оптических сканеров цвета морской поверхности, установленных на спутниках, и разрабатывать надежные региональные алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла «А» из спутниковых данных. Такой сравнительный анализ делает результаты спутникового зондирования более достоверными на тех акваториях, где не корректно использовать глобальные алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла «А» по цвету морской поверхности. Разработанная методика определения относительных величин удельного воспроизводства РОВ клетками фитопланктона, дает возможность исследовать процессы его воспроизводства и проводить классификацию фитопланктонных сообществ по этому параметру.

Результаты, полученные при разработке метода и аппаратуры ЛИС, позволяют изучать воздействие загрязнения водных акваторий на биологические объекты, оценивать факторы накопления элементов -загрязнителей клетками фитопланктона. При исследовании биологических объектов важна оперативность метода Отсутствие необходимости длительной подготовки проб к анализу, дает возможность проводить измерения элементного состава морской воды т situ, а для клеток фитопланктона необходимо только их осаждение на фильтр.

Созданные быстродействующие системы регистрации световых потоков, включая слабые световые сигналы, значительно расширяют возможности лидарных систем при их использовании для исследования океана и атмосферы

В работу включены результаты, которые были получены при выполнении следующих проектов и грантов

- ФЦП «Мировой океан» проект 4 5.1. "Развитие дистанционных методов и эффективное использование космической информации для изучения состояния дальневосточных морей и шельфовых зон Тихого океана";

- «Дальневосточный плавучий университет» ФЦП «Интеграция» проект № 746, проект № СО 148 и проект №Э0013,

- грант РФФИ № 96-02-19172-а " Экспериментальные исследования механизма лазерного диэлектрического пробоя в жидкости";

- грант РФФИ № 97-05-65821-а "Экспериментальные исследования влияния пространственно-временного распределения светорассеивающих слоев в океане и состояния морской поверхности на спектральные характеристики восходящего излучения моря";

- грант РФФИ - ДВО РАН 06-05-96105-р_восток_а «Исследование пространственно временной изменчивости воспроизводства растворенного органического вещества клетками фитопланктона»;

- грант ДВО РАН 06-1-П16-060 «Структура и динамика радиационно активных компонентов атмосферы в переходной зоне материк-океан и их влияние на состояние фитопланктонных сообществ»,

- грант ДВО РАН О6-П-С0-07-028 «Особенности формирования континентального тропосферного аэрозоля в Сибири, полей озона и аэрозоля над акваториями Дальневосточных морей».

Реализация результатов работы.

Лазерный искровой спектрометр (ЛИС) для определения элементного состава конденсированных сред внедрен во Всероссийском научно -исследовательском институте физико — технических измерений («Дальстандарт» г. Хабаровск);

Регистратор лидарного сигнала — счетчик однофотонных импульсов внедрен в Институте Космофизических исследований и распространения радиоволн (ИКИР ДВО РАН г. Петропавловск на Камчатке);

Проточный судовой спектрометр лазерной индуцированной флуоресценции (ЛИФ) внедрен в Морском государственном университете им. адм. Г.И. Невельского г Владивосток.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Многоимпульсное возбуждение лазерной плазмы оптического пробоя на поверхности исследуемых жидкостей позволяет увеличить контраст эмиссионных линий элементов, присутствующих в лазерной плазме по сравнению с прямым методом лазерной йскровой спектроскопии как минимум в 3 раза

2 Использование в лазерном искровом спектрометре методов многоимпульсного возбуждения лазерной плазмы и пространственной селекции спектральных линий, исследуемых элементов, позволяет получить значения МОК для основных элементов морской воды и фитопланктона на уровне 10"3 - 10"4 г/л при импульсной лазерной мощности 60 МВт на длине волны возбуждающего излучения 1.064 мкм.

3 Наличие линейной зависимости между компонентами спектра ЛИФ, которые определяются содержанием хлорофилла «А» и растворенного органического вещества, позволяет измерять относительную величину удельного воспроизводства РОВ клетками фитопланктона.

4. Метод и аппаратурные комплексы, позволяющие проводить оперативные измерения ЛИФ спектров морской воды и восстанавливать концентрации хлорофилла «А» с МОК на уровне 0,1 мкг/л.

5. Метод и система регистрации сигнала обратного рассеяния лазерного излучения с использованием двух каналов регистрации и параллельным подключением четырех быстрых аналого-цифровых преобразователей с частотой дискретизации 50 МГц в каждом канале, которая обеспечивает восстановление профиля коэффициента ослабления лазерного излучения с пространственным разрешением порядка 1 метра до глубин 50 метров.

6. Автоматизированная четырехканальная система счета однофотонных импульсов, предназначенная для измерений слабых световых сигналов при минимальной длительности входных импульсов 5 не, с минимальным временем разрешения двух импульсов 10 не.

Публикации.

Содержание диссертации опубликовано в 43 научных работах, в том числе в 17 статьях, опубликованных в центральных журналах, и 3 патентах на полезную модель.

Апробация работы.

Основные результаты работы были представлены на международных, всероссийских и региональных научных конференциях. The Second Chine-Russian jomt oceanographic symposium, Dallian, P.R. Chine, 1992; Second Annual Meeting of PICEC, Seattle, USA, 1993; International symposium of marine sciences, Pussan, Korea, 1994; 15 конференция «Фундаментальная атомная спектроскопия», Москва, 1996; 13th International conference on Spectral Lines Shapes, Italy, 1996; 40-ая Всероссийская Межвузовская Научно-техническая конференция, Владивосток, ТОВВМУ, 1997; 11 APS Topical Conference on Atomic Processes in Plasmas, Alabama, USA, 1998; Региональная научно — техническая конференция «Наука морскому флоту на рубеже XXI века», Владивосток, ДВГМА, 1998; 16 Th International Conference on Coherent and Nonlinear Optics, Moscow, 1998; Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция, Владивосток, ТОВМИ, 1999, Europhysics conference, 31 EGAS, Marsel, 1999; VIII Joint international symposium Atmospheric and ocean optic. Atmospheric physics, Irkutsk, 2001; XI Joint International Symposium "Atmospheric and Ocean Optic", Tomsk, 2004, ХШ International Symposium "Atmospheric and Ocean Optic" July 2-7 2006. Tomsk, p.155.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 234 наименований. Полный объем работы 275 страниц текста включает 103 рисунка, 21 таблицу

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации и новизна полученных результатов, сформулированы основные цели и задачи исследования, дана краткая характеристика работы, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В главе 1 «Методы и технические средства исследования океана и атмосферы» рассмотрены литературные данные по методам и средствам мониторинга фитопланктонных сообществ и процессов, влияющих на их состояние, на момент постановки задач, решаемых в диссертации. Проведен анализ возможности использования этих методов и технических средств для решения поставленных задач.

В параграфе 1.1 рассмотрены лазерные флуориметры, разработанные другими авторами и описанные в научных статьях Большинство из них построено по лидарной схеме и предназначены для судового или авиа базирования, и позволяют проводить дистанционное зондирование водоемов. Эти установки обладают многими достоинствами, но у них есть и недостатки, такие как зависимость измерений от погодных условий и состояния морской поверхности. В параграфе рассмотрены и проточные лазерные флуориметры. Во всех описанных установках (начиная с 1978 г.) при проведении измерений использовался метод КР репера — метод нормировки сигнала ЛИФ на сигнал комбинационного рассеяния (КР) воды.

Анализ всех возможных схем лазерных флуориметров и параметров системы, необходимых для решения поставленных в работе задач, показывает, что наиболее оптимальным вариантом является судовой лазерный флуориметр с системой регистрации, включающей в себя сканирующий монохроматор с фотоэлектронным умножителем. Для обеспечения непрерывного процесса измерения в любое время суток и при любых состояниях морской поверхности, наиболее подходящей является схема с прокачкой морской воды через оптическую кювету лазерного флуориметра.

В параграфе 1.2 рассмотрены основные преимущества метода ЛИС, обсуждается наиболее подходящая схема ЛИС спектрометра в случае

и

использования прямого (одноимпульсного) метода возбуждения лазерной искры. Указываются ограничения прямого метода и пути повышения его чувствительности, пространственная и временная селекция исследуемых спектральных линий. Дальнейшее повышение чувствительности метода ЛИС связано с использованием многоимпульсного возбуждения лазерной искры.

Анализ работ по ЛИС показал, что наиболее оптимальным для решения поставленных задач является ЛИС спектрометр с многоимпульсным возбуждением лазерной иафы и пространственной селекцией спектральных линий.

В параграфе 13 показано, что, в соответствии с поставленной задачей, для исследования светорассеивающих свойств верхнего слоя океана (ВСО) необходимо было обеспечить пространственное разрешение сигнала порядка 1 метра, что требовало применение АЦП с временем преобразования примерно 10 не. Было предложено использовать существующие АЦП с временем преобразования 50 не, включив их параллельно с задержкой синхронизации относительно друг друга на 12.5 не.

Рассмотрены, опубликованные в научной литературе, регистраторы предельно малых световых потоков - счетчики фотонов. В соответствии с поставленной задачей, определены требования к счетчику фотонов Анализ рассмотренных регистраторов показал необходимость разработки многоканального счетчика фотонов в соответствии с требованиями, определенными из оценки поставленных задач.

Глава 2 «Судовой лазерный флуориметр и метод лазерной флуориметрии для оперативного измерения спектров лазерной индуцированной флуоресценции органического вещества, присутствующего в морской воде в различных формах» посвящена обсуждению общей схемы, выбору и разработке отдельных узлов судового лазерного флуориметра, разработке методики обработки ЛИФ спектров и оценке точности измерений концентрации хлорофилла «А» на разработанном судовом варианте спектрометра.

В параграфе 2.1 обосновывается общая схема установки С учетом решаемых задач (для проведения подспутниковых измерений, работы в

шельфовых водах и фронтальных зонах) сформированы технические требования к лазерному флуориметру:

- пространственное разрешение при измерении по ходу судна всего ЛИФ спектра в диапазоне длин волн от 540 нм до 730 нм должно быть порядка 200 м, чтобы обеспечить сравнительный анализ с данными сканеров цвета морской поверхности (наименьшее пространственное разрешение имеет сканер МСЯЖ - 250 м),

- измерения должны проводится непрерывно на синоптических масштабах (более или порядка 100 миль);

- возможность работы при любых состояниях атмосферы (дождь, туман) и волнении моря;

- минимально обнаружимые концентрации хлорофилла «А» для предполагаемых районов работ должны быть на уровне 0,1 - 0,3 мкг/л,

- регистрация спектра ЛИФ должна проводиться в спектральном интервале достаточном для корректного восстановления формы огибающей спектра РОВ и со спектральным разрешением, обеспечивающим корректное разложение спектра на составляющие (при возбуждении длиной волны 532 нм спектральный диапазон должен составлять 540 нм до 740 нм при ширине аппаратной функции спектрометра не более 2 нм);

- конструкция флуориметра должна обеспечивать работу при высоких значениях влажности, в широком диапазоне температур окружающего воздуха и исследуемой морской воды;

- основные гидрологические параметры морской воды (температура, соленость) должны восстанавливаться одновременно с измерением спектров ЛИФ;

в спектрометре должна быть реализована максимальная чувствительность при регистрации световых сигналов для того, чтобы обеспечить соответствующую величину минимально обнаружимой концентрации хлорофилла «А» при работе в олиготрофных водах

Схема разработанного лазерного флуориметра приведена на рисунке 1.

В параграфе 2.2 приводится описание разработанного лазерного излучателя, интегрированного в схему проточного флуориметра

Сброс воды и борт

Морская вода от насос»

Рис. 1 Схема судового, прокачиваемого ла-зерного флуориметра

Лазерный излучатель был разработан на основе анализа сформулированных требований, которые позволили интегрировать его в конструкцию проточного судового флуориметра.

Для стабильного поддержания одномодового режима генерации лазер сделан двух каскадным - генератор и усилитель. Задача интегрирования лазера во флюориметр потребовала уменьшение его размеров. Поэтому излучение лазера, вышедшее из генератора разворачивалось на 180 градусов и направлялось в усилитель, В качестве удвоителя частоты использовался элемент МЧ-1 !0 с температурной подстройкой синхронизма. Разработанный для него термостат обеспечивал стабильность поддержания температуры ± 0.2° С во всем диапазоне рабочих температур.

Для обеспечения стабильности энергии накачки лазера вне зависимости от качества питающей сети при частоте излучения от 0.5 до 4 Гц был разработан специализированный блок питания лазера.

На рис 2 и 3 приведены характеристики лазерного излучения, распределение интенсивности по поперечному сечению после телескопа и зависимость дисперсии интенсивности излучения лазера в зависимости от температуры воды во внешнем контуре охлаждения.

ы %

1

л

« t !

Чч г

Рис. 2 Зависимость дисперсии интенсивности излучателя от температуры воды в контуре охлаждения

Рис. 3 Распределение интенсивности лазерного излучения по поперечному сечению

В параграфе 23 описана автоматизированная приемная система лазерного флуориметра, которая разработана в соответствии с описанными ранее требованиями. Учитывая величину дисперсии интенсивности излучения лазера (см. рис. 2), разработана двухканальная схема регистрации: канал нормировки, контролирующий энергию излучения лазера на длине волны 532 нм, и измерительный канал, регистрирующий сигнал флуоресценции морской воды [9]. Одна из особенностей построения блока АЦП состоит в том, что первый импульс запуска АЦП блокирует все последующие импульсы до прихода команды разблокировки от ЭВМ. Это необходимо для согласованной работы блока с другими составляющими флуориметра

Обеспечение автоматизации измерений потребовало разработать устройство управления флуориметром и управляющий пакет программ. Устройство управления выполнено в виде платы, подключаемой к шине ISA компьютера. Управляющий пакет программ позволяет устанавливать параметры работы и организует регистрацию спектров ЛИФ флуориметром. Так же он позволяет просматривать сохраненные ранее файлы и

преобразовывать их й текстовую таблицу для дальнейшей обработки в |

MathLab, Excel и др.

ií параграфе 2.4 описывается следующая модификация проточного лазерного флуориметра - малогабаритный вариант флуоримегра. В котором использовалась ПЗС матрица в сочетании с электронно-оптическими преобразователями (Э0Г1). Этот вариант спектрометра разработан на основе результатов измерений, проведенных на сканирующем ЛИФ спектрометре. Его основные преимущества по сравнению со сканирующим вариантом состоит в том, что он имеет малые габариты и вес, в его конструкции отсутствуют движущиеся механические части. Что позволяет значительно уменьшить время измерения ЛИФ спектра, снизить пространственное разрешение, повысить эксплуатационную надежность прибора, при концентрациях хлорофилла «А» более 0.5 мкг/л. По чувствительности малогабаритный ЛИФ слектроме-ф уступает сканирующему (где используется ФЭУ в качестве регистратора). Схема малогабаритного проточного лазерного флуоримегра представлена на рисунке 4. На устройство получен патент РФ на полезную модель № 53016 [5].

Рис. 4 Схема малогабаритного ЛИФ спектрометра: I — Nd:VAG лазер 532 |

нм; 2 — блок питания и охлаждения лазера; 3 — оптическая кювета; 4 -оптический фильтр ОС-12; 5 -полихроматор МДП-1; 6 - оптический фильтр KC- JS; 7 - блок питания ЭОП; 8 - ЭОП ЭПМ-47Г; 9 - объектив; 10 -ПЗС - камера; 11 - ЭВМ с платой управления ПЗС - камерой

В параграфе 2.5 приведена методика определения биооптических компонентов ЛИФ спектров и приводятся оценки погрешности концентрации линии хлорофилла «А». Описаны процедуры предварительной обработки

ЛИФ спектров: фильтрации и сглаживания. Сглаживание спектров производится как по длинам волн, так и по времени измерения спектров

После этого спектры корректировались на спектральную характеристику флуориметра, и затем проводилось разложение спектров на следующие компоненты:

- широкополосную флуоресценция РОВ, аппроксимируемую функцией

вида

хлорофилла «А» и других пигментов, которые аппроксимируются гауссианами:

где ак — амплитуда флуоресценции /Г-того биооптического компонента или КР воды, Ък — коэффициент, отвечающий за ширину функции Гаусса, Хк - положение гауссиана по шкале длин волн.

Коэффициенты функций, описывающих компоненты ЛИФ спектра, определялись методом нелинейных наименьших квадратов. На рис. 5. представлено разложение спектра на отдельные компоненты.

/, огнед Рис 5 Разложение

ттектра ЛИФ на отдельные

1 ров М = аРов ' ехР(~ Ьров' Л); (1)

(1)

комбинационное рассеяние морской воды, флуоресценцию

(2)

О

0.

0.

о

0 —/■ V«-»,»/ ■ ■ ^гг б - флуоресценция

580 620 660 700 740

хлорофилла «А», 7 - плечо

флуоресценция производных хлорофилла «А», 5 - КР воды,

компоненты. 1 - исходный спектр, 2 - флуоресценция РОВ, 3 — флуоресценция фикоэретрина, 4 -

флуоресценции хлорофилла «А», 8 — аппроксимированный спектр

Используя разработанную процедуру аппроксимации, были определены ошибки измерения интенсивностей линий, вызванные шумом. Показано, что в диапазоне отношений интенсивностей флуоресценции хлорофилла «А» к КР воды 0.2-15 (этот диапазон перекрывает большинство районов Мирового океана) ошибка не превышает 20%, а в диапазоне отношений 0.5 - 7, ошибка менее 10%.

В параграфе 2.6 рассмотрен вопрос о связи между максимумом интенсивности флуоресценции хлорофилла «А» и эталонными измерениями концентрации хлорофилла «А», выполненными в 1997г., 2001-2002 г.г. в Охотском, Японском морях и открытой части Тихого океана. Представленная калибровка сравнивается с ранее полученными результатами и калибровками других авторов.

Суммарная относительная ошибка измерения концентрации хлорофилла «А» показана на рисунке 6. В нее включены: ошибка калибровки, ошибка разложения на спектральные составляющие, систематическая и случайная ошибки измерения интенсивности сигнала ЛИФ.

50 40 30 20

8С,% ■» . .... . ,

• Ч • • • • • * "1 1........."1--Г"...... ~г

10

15 20 С, мкг/л

25 30

35

Рис. 6 Относительная ошибка определения

концентрации хлорофилла «А» при различных значениях его

40 концентрации

Глава 3 «Судовой лазерный спектрометр и метод исследования элементного состава жидких сред с использованием лазерной искровой спектроскопии» посвящена рассмотрению особенностей формирования лазерной искры в условиях нормальной атмосферы, разработке метода исследования элементного состава жидких сред и судового варианта ЛИС спектрометра

Ё параграфе 3.1 приводятся результаты проведенных исследований формирования лазерной искры в условиях нормальной атмосферы на твердых мишенях и растворах. При исследовании лазерного пробоя в условиях нормальной атмосферы наблюдалось увеличение интенсивности эмиссионных линий исследуемых элементов по сравнению с вакуумом. При тех же плотностях мощности излучения лазера происходит смещение Центров эмиссионных линий элементов и аномальное неведение эффекта самопоглощения линий. Повышение интенсивности объяснено возникновением ударной волны, дополнительно разогревающей плазму. Увеличение интенсивности на твердой мишени доходило до 22 раз при увеличении давления атмосферы от Ю"2 до £ атм. Остальные эффекты объясняются квадратичным эффектом Штарка, возникающим в результате этого дополнительного разогрева. Проведенные нами исследования показали перспективность развития метода ЛИС для анализа конденсированных сред в условиях нормальной атмосферы и были использованы при выборе формы импульса возбуждающего излучения (сложный импульс), а так же методов регистрации эмиссионных спектров (пространственная селекция).

В параграфе 3.2 проведено сравнение одно- и двухимпульсного возбуждения лазерной искры. Предложено возбуждение сложным импульсом, и описан лазер, разработанный для такого возбуждения. Схема лазера представлена на рисунке 7.

I

5 6

1

т

9

8

...........->

-ч

Рис. 7 Схема лазерного излучателя; 1 -зеркало 100% для ^=1064 нм; 2 -фототрогшый затвор на кристалле 1лР; 3 — диафрагма; 4 - квантрон К-104; 5 -зеркало 10% для л=1064 нм; 6 - диафрагма; 7 - квантрон К-107; 8 -делительная пластина; 9 - индикатор тока фотодиода; 10 - фотодиод ФД-24К

!

г

Т Г~Г "Г

<

Подобраны режимы работы литера для оптимально!« возбуждения лазерной искры на поверхности твердых мишеней и растворов. Формы импульсов лазера, которые использовались для повышения контраста эмиссионных линий, приведены на рисунке 8.

Рис. 8 Осциллограммы лазерных импульсов сложной формы: а - для твердых мишеней; б - дня растворов

В результате применения возбуждения импульсом сложной формы величина контраста исследуемых эмиссионных линий увеличивалась в 3 -7 раз по сравнению с одноим пульс ным возбуждением.

В параграфе 33 описан разработанный, с учетом особенностей формирования оптического пробоя на поверхности жидкости, судовой ЛИС спектрометр. Схема спектрометра представлена на рисунке 9.

Рис. 9 Схема ЛИС установки: 1- Ш:УАС лазер с фототропным затвором на кристалле ЫР, рис.3.2.1.; 2 -поворотная призма; 3 -фотодиод; 4 - фокусирующая линза с фокусным расстоянием 7 см; 5 - защитное стекло; 6 -монохроматор; 7, 11, 12 -диафрагмы размером 0,5x10 мм; 8 - объектив; 9 - мишень; 10 - подвижный столик; 13 - ФЭУ 79; ]4 -ГОС линейка; 15 - персональный компьютер; 16 - АЦП Ла-н10М6

В параграфе 3.4 описан метод пространственной селекции Приведены зависимости контраста линий от высоты регистрируемой области плазменного факела над поверхностью жидкости некоторых элементов для растворов На рисунке 10 приведена зависимость контраста от высоты регистрации для линии Са. Для всех исследованных элементов максимум контраста приходился на область 1.5 - 2 мм от поверхности раствора. Проведенные исследования зависимости контраста линий от высоты точки фокусировки излучения над поверхностью раствора показали, что максимальный контраст достигается при фокусировке излучения ±1.5 мм от

поверхности жидкости.

25 2

15 1

05 0

I, отн. ед

Рис. 10 Зависимость контраста линии Са (393.4 нм) от высоты над поверхностью жидкости

з И, мм

Параграф 3.5 посвящен калибровке метода ЛИС. Так как метод ЛИС является эталонным, то необходимо построение калибровочных кривых стандартным для атомной эмиссионной спектроскопии методом. Пример калибровочных кривых приведен на рисунке 11.

С помощью полученных калибровочных графиков были рассчитаны предельно обнаружимые концентрации для Иа, Са, М§, Ва, А1, Ре, Ъа и Си, согласно критерия Кайзера:

Ст1П= С<1Лг)Ь, (3)

где Сг — калибровочная константа, соответствующая интенсивности аналитической линии, равной интенсивности фона; Ь - параметр, определяющий наклон калибровочного графика, - наименьшее

отношение интенсивностей аналитического сигнала 15 и фона

Рис. 11 Калибровочные графики для водных растворов: а - кальция (Са); б - магния в - бария (Ва); г - натрия (Ыа)

Рассчитанная воспроизводимость спектроопределений для данных элементов находилась на уровне 10 - 15 %. Сравнение полученных результатов с результатами работы, где используется техника временной селекции регистрируемого сигнала при одноимпульсном возбуждении лазерной плазмы, показало, что для таких элементов, как Ш, Са, М§ техника пространственной селекции с многоимпульсным возбуждением обеспечивает сравнимый порог минимально обнаружимых концентраций. Анализ полученных результатов показал, что метод ЛИС с пространственной селекцией регистрируемого сигнала обеспечивает порог минимально обнаружимых концентраций достаточный для прямого измерения концентраций 1Ма, М§, Са, К, С в морской воде и Ыа, К, Са, А1, Ре, С в клетках фитопланктона, а уровень МОК, достигнутый нами для Ва, Си и Ъп, сравним с концентрациями данных элементов в фитопланктоне.

В главе 4 «Быстродействующие измерительные системы регистрации лидарных сигналов» рассмотрены особенности регистрации слабых (вплоть до отдельных фотонов) световых сигналов

быстропротекающих процессов, приведены разработанные счетчики фотонов и быстродействующая приемная система гидролидара.

В параграфе 4.1 рассматриваются особенности регистрации слабых сигналов. Проводится краткое сравнение аналогового и счетного режима ФЭУ. Счетная характеристика используемых типов ФЭУ и световая характеристика усилителя - дискриминатора приведены на рис. 12 и 13 Анализ данных показал, что для разрабатываемого счетчика фотонов время разрешения пары импульсов ограничивается используемым лазером на уровне 10 не.

Рис. 12 Счётная характеристика ФЭУ - Рис. 13 Световые характеристики 79: п - скорость счета темновых сплошные линии - аппроксимация, импульсов, р — сигнал/шум точки — экспериментальная кривая

В параграфе 4.2 обосновывается выбор блок схемы счетчика фотонов, с учетом поставленных задач и других возможных его использований. Схема счетчика фотонов представлена на рис 14. Кратко описано разработанное для счетчика фотонов программное обеспечение, позволяющее автоматизировать процесс регистрации данных.

В параграфе 4.3 описаны модули управления, синхронизации и их функционирование. Приведены схемы разработанных устройств. Описана система команд разработанного многоканального счетчика фотонов

В параграфе 4.4 описан модуль счетчика, основные его параметры и эпюры управляющих импульсов.

Рис. 14 Блок схема

счетчика фотонов: СТО, СТ1,СТ2 и СТЗ - модули счетчиков; ШД -шина данных; ШУ — шина управления

Параграф 4.5 посвящен описанию модификации счетчика фотонов для работы через порт USB. Приведена схема разработанного счетчика. Описана система его команд. Этот счетчик фотонов разрабатывался в связи с необходимостью расширения круга задач дистанционного зондирования, которое предполагает использование более мощных и мобильных компьютеров. В отличие от предыдущего счетчика фотонов модуль синхронизации выполнен на RISC-контроллере, который организует обмен данными и формирование управляющих синхроимпульсов, а модуль управления выполнен на модуле DLP-USB245M, организующем обмен данными по USB шине между компьютером и RISC-контроллером. На устройство получен патент на полезную модель № 53016 [2].

В параграфе 4.6 описана система регистрации быстрых аналоговых сигналов ФЭУ гидролидара. На рисунке 15 представлена схема приемной системы гидролидара Для получения требуемого разрешения порядка 10 не использованы промышленные АЦП стандарта КАМАК с разрешением 50 не, последовательно запускаемые с задержкой 12.5 не Для определения более точно привязки АПЦ по времени использовался тестовый сигнал (рисунок 16), вырабатываемый модулем теста Сигнал теста записывался для каждой

серии измерений. Как показали исследования, точность привязки данных АЦП по снгналу теста, с накоплением, была не хуже 2 %. Эта коррекция существенно повысила достоверность по л ученных данных о коэффициенте поглощения морской воды, рассчитываемому по сигналу обратного рассеяния.

Рис. 16 Пример сигналов: 1 -лйдарного зондирования, 2 -теста. Точками на сигнале теста показана последовательность срабатывания блоков А ЦП

В главе 5 «Использование разработанных лазерных измерительных систем для исследования океана и атмосферы» приводятся результаты натурных исследований с применением разработанных устройств.

В параграфе 5,1 приводятся результаты применения разработанного счётчика фотонов в составе судового и стационарного л и даров, которые использовались для исследования динамики аэрозольных слоев в атмосфере и изучения влияния процессов различной природы на состояние фитопланктонных сообществ. Судовой вариант лидара был использован В

• - АЦП 1 - АЦП 2

• - АЦП 3

• - АЦП 4

натурных измерениях, проводимых с борта пару (.ною учебного судна «Надежда» в период с 2003 по 2006 г.г,, включая кругосветную экспедицию. Счетчики фотонов обеспечили лазерное зондирование в большом объеме в условиях повышенной температуры и влажности.

Обработка сигнала обратного рассеяния лидарного зондирования позволили исследовать процессы переноса и эволюции аэрозольных слоев, включая выносы аэрозоля во время песчаных бурь. На рис. ] 7 приведен сигнал обратного рассеяния, восстановленный с использованием счетчика фотонов на стационарном л и даре. На рис. 18 приведено высотное распределение аэрозоля над местом расположения лидарной станции в г. Владивостоке в период прохождения песчаной бури в пустыне Гоби. Исследование динамики этих образований и анализ метеопараметров атмосферы, измеренных как в ходе экспедиции с борта судна, так и полученных со спутников, позволяют более точно определить источники этих аэрозольных слоев, их влияние на погоду и климат в целом.

Рис. 17 Сигнал обратного рассеяния Рис. 18 Высотное распределение

м

ли дара: пунктирная кривая — принимаемый сигнал, сплошная -сигнал, исправленный на Р"

аэрозоля: по вертикали - высота в метрах, по горизонтали — время в минутах

Обработка сигналов, зарегистрированных счетчиками фотонов, включает в себя восстановление профиля интенсивности сигнала обратного

рассеяния, вычисление отношения молекулярного и аэрозольного рассеяния и восстановление профиля коэффициента обратного аэрозольного рассеяния.

Разработка счетчиков фотонов позволяет осуществлять не только исследование динамических процессов в атмосфере, связанных с аэрозольным переносом, но и проводить сравнительный анализ с результатами зондирования атмосферного аэрозоля со спутников (результатами измерения оптической толщины атмосферы со сканера MODIS - AQUA).

В параграфе 5.2 приводятся результаты применения разработанного судового ЛИС спектрометра и метода для мониторинга качества морской воды и клеток фитопланктона. Приведены спектры ЛИС морской воды и клеток фитопланктона, осажденных на фильтр. Описана методика идентификации спектральных линий исследуемых элементов. ЛИС анализ проводился непосредственно на борту судна практически в реальном масштабе времени, сразу после отбора проб и фильтрации. Описанная методика измерений и судовой спектрометр прошли практическую проверку в трех морских экспедициях в период с 2000 по 2002 г., на акватории Японского и Охотского морей. Была проведена оперативная регистрация загрязнителей в морской воде (в частности бария), обнаружено превышение наблюдаемых концентраций над величиной средних концентраций на два порядка, а также определена величина накопления данного элемента клетками фитопланктона На рис 19 и в таблице 1 приведен один из результатов, полученных при исследовании содержания Ва в морской воде и клетках фитопланктона.

В параграфе 5.3 описано использование разработанных проточных лазерных флуориметров, позволяющих проводить непрерывные измерения спектров флуоресценции морской воды. На примере экспедиционных измерений продемонстрирован тот круг задач, которые возможно решать с использованием созданных ЛИФ спектрометров:

проводить мониторинг состояния и стадии развития фитопланктонных сообществ,

осуществлять исследование пространственно - временных распределений полей концентрации хлорофилла «А»,

- изучать циклы воспроизводства РОВ клетками фитопланктона

> Моликпак

Таблица 1

Концентрации Ва, полученные методом ЛИС

№ СваВ СВаВ

станции, воде, фитопланктоне,

рис 5.2.1. г/л г/л

1 0,2 0,6

2 0,1 0,3

3 0,07 0,15

4 0,02 0,09

5 0,009 0,07

Рис. 19 Карта района, где проводились ЛИС измерения концентрации Ва в морской воде

Исследование связи между основными биооптическими компонентами ЛИФ спектров было проведено практически во всех наиболее биородуктивных районах Мирового океана: Охотском и Северном морях, в шельфовых водах Южной Америки, Восточно и Южно — Китайских морях. Всего за все время измерений на проточном варианте лазерного флуориметра, было получено около 100 тыс. ЛИФ спектров, в период с 2000 по 2004 год.

Для изучения функциональных зависимостей параметров спектров

ЛИФ морской воды, предложена величина <3: 740

г

560

д^-^ах , (4)

где 1ровО) ~ огибающая спектра флуоресценции РОВ (1), 1Кр — интенсивность линии КР.

Для исследования процессов воспроизводства РОВ фитопланктонными сообществами анализируются соотношения между интенсивностью флуоресценции РОВ, которое численно выражено параметром в и концентрацией хлорофилла «А» - С. Анализируются параметры диаграмм рассеяния Ц-С. В некоторых районах между Q и С наблюдается линейная зависимость, в этом случае для описания <2-С соотношений вводится линейная регрессия:

б(с)=е„+ссш.у. (5)

Проводится анализ <2 - С соотношений для трех наиболее биопродуктивных районов Мирового океана в периоды, совпадающие с цветением водорослей или близкие к ним. На рис. 20 приведен пример Q-C диаграмм рассеяния. Изменение 0-С диаграмм в различные периоды развития фитопланктонных сообществ, проанализирован на примере измерений, выполненных в Южно - Китайском и Восточно - Китайском морях (рисунок 21).

Рис 20 Пример 0,-С диаграмм рассеяния для различных районов Мирового океана: 1 — Охотское море, 5 августа 2002г, 2 - Северное море, 28 апреля 2003г, 3 — юго-западная часть Атлантического океана, 10 декабря 2004г

Показано, что соотношения между параметрами ЛИФ спектра органического вещества и концентрацией хлорофилла «А» в некоторых случаях дают возможность объединения морских вод в районы однородные с точки зрения биооптических характеристик.

400 300 200 100

У

з

^ С, мкг/л

0 2 4 6 8 10 12

Использование проточного флуориметра и ЛИФ-метода для подспутниковых измерений концентрации хлорофилла «А» позволяет получить большой объем данных для разработки региональных алгоритмов. Становится возможным строить биооптические алгоритмы с учетом оптической классификации типов морских вод, что особенно важно в случае рассмотрения шельфовых зон, а также зон смешения вод различных типов.

Рис. 2] (¡)-С диаграммы для Восточно-Китайского и Южно-Китайского морей, полученные по данным флу ори метра: а - маршрут судна; б -диаграммы для всего маршрута; в - для участков пересечения; синий цвет -февраль 2003 года; зеленый — март 2004 года; желтыми кружками - места пересечения маршрутов

В параграфе 5.4 приведены результаты использования быстродействующей системы регистрации гидролидарных сигналов для дистанционного зондирования динамических процессов (внутренних волн), протекающих в верхнем слое океана. Разработанная система обеспечила соответствующее разрешение по глубине при восстановлении распределения коэффициента ослабления лазерного излучения. Эта система входила в

состав гидролидара установленного на НИС «Академик Лаврентьев» (рисунок 22).

Из данных зондирования восстанавливался коэффициент ослабления лазерного излучения на длине волны 532 нм. Для этого использовалось выражение для приближения квазиоднократного рассеяния:

Р(г)

(6)

¿а+г)

где г - параметр ассиметрии индикатрисы рассеяния,

РС

XI

_, ^ з

АО

Корпуссуяна

Оптическая шахта

Рис 22 Схема установки гидролидара в гидрооптической шахте НИС «Академик Лаврентьев»: 1 -№:УАО лазер (523 нм, 10 не); 2 -защитный световод; 3 — поворотное зеркало; 4 - иллюминатор защитного световода; 5 - приемный иллюминатор; 6 - объектив приемника лидара, 7 -делительная пластина; 8, 9 -фотоприемники верхнего и нижнего канала зондирования; 10, 11 - блоки аналого-цифровой обработки сигналов с

фотоприемников; 12 - блок управления лидаром, РС - компьютер

Р(г) - первое приближение величины а(г) в предположении малости коэффициента обратного рассеяния по отношению к показателю поглощения-

= Р(2)1П22(ЦГ) ехр(2Хг)

стР05

(7)

где Р(г) - регистрируемая с расстояния г мощность обратнорассеянного излучения, % — коэффициент поглощения, ст/2 - пространственное

разрешение, 5 — площадь приемного объектива, - мощность

зондирующего лазерного импульса.

Один из примеров пространственного распределения светорас свивающего слоя, измеренного в шелъфовых водах, с движущегося судна, приведена на рис. 23.

Соответствующие значения коэффициента обратного рассеяния приведены в нижней части рисунка в градациях цвета, справа показан профиль температуры по глубине, полученный гидрологическим зондированием с помощью контактных измерений на станции, проведенной перед началом разреза.

Им

Г, С 12 18

О 30

1<«.'Ш< (И) \и*»Ж1п.1} 1б.1«|

60 I, мни

I » 211 ■ 0 Л М 0.27 В)1

Рис. 23 Структура светорассеивающих слоев вдоль маршрута движения судна и распределение температуры по глубине (с права) в районе шельфа

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Разработаны судовые лазерные прокачиваемые флуориметры, позволяющие проводить оперативные измерения ЛИФ спектров морской воды. Флуориметры обеспечивают непрерывные измерения в течение длительного времени, в автоматическом режиме и могут использоваться на неспециализированных судах.

2. Разработана методика измерения концентрации хлорофилла «А» с использованием ЛИФ спектров. Проведена калибровка результатов

измерения концентрации хлорофилла «А», выполненных ЛИФ спектрометром, на стандартные методы измерения для различных типов морских вод. Определены минимально обнаружимые концентрации хлорофилла «А».

3. Предложена методика определения темпов воспроизводства органического вещества клетками фитопланктона в период цветения водорослей. Методика использована при исследовании особенностей функционирования фитопланктонных сообществ в наиболее биопродуктивных районах мирового океана.

4. Исследованы пространственно-временные параметры лазерной плазмы, генерируемой на поверхности жидкости. Определены пути повышения чувствительности метода лазерной искровой спектроскопии по измерению концентрации химических элементов, входящих в исследуемые жидкости: возбуждение импульсом сложной формы, пространственная и временная селекция эмиссионных линий исследуемых элементов.

5. Разработан судовой спектрометр для проведения лазерного спектрального анализа элементного состава морской воды и клеток фитопланктона. Определены минимально обнаружимые концентрации основных химических элементов, входящих в состав морской воды и клетки фитопланктона с использованием пространственной селекции эмиссионных линий и возбуждения сложным импульсом.

6. Разработаны четырехканальные автоматизированные счетчики однофотонных импульсов Счетчики интегрированы в лидарные системы (стационарный и мобильный лидары) для исследования динамики атмосферного аэрозоля

7. Реализована схема параллельного включения быстрых АЦП при осуществлении лидарного зондирования океана. Быстрые АЦП интегрированы в судовой лидарный комплекс для исследования динамических процессов, протекающих в ВСО, который позволяет проводить восстановление распределения коэффициента ослабления лазерного излучения по глубине в реальном времени

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Крикун, В А. Много канальный счетчик одноэлектронных импульсов с ФЭУ [Текст] / Крикун В А., Майор А Ю., O.A. Букин // ПТЭ. - 2006 - № 3. - С. 163-164

2. Судовой лазерный спектрометр [Текст] : пат 57009 Рос. Федерация : МПК7 G 01 N 21/64 / Майор АЮ., Букин O.A., Кульчин Ю.Н., Крикун В.А., Вознесенский С.С.; заявитель и патентообладатель ТОЙ ДВО РАН. - № 2006110722/22; заявл. 03.04.2006.

3 Судовой лазерный проточный флуориметр [Текст] • пат. 53016 Рос. Федерация . МПК7 G 01 N 21/64 / Майор А.Ю., Крикун В.А., Букин О А., Павлов АН.; заявитель и патентообладатель ТОЙ ДВО РАН - № 2005133794/22; заявл. 01 11.2005' опубл 27.04.2006, Бюл. № 12. - 5 с.

4 Букин, O.A. Исследование процессов воспроизводства органического вещества клетками фитопланктона методом лазерной индуцированной флуоресценции [Текст] / Букин О.А, Салюк П.А., Майор А. Ю., Павлов А.Н. // Оптика атмосферы и океана. - 2005. - Т 18, № 11 -С. 976-983

5. Счетчик фотонов [Текст] : пат. 47099 Рос. Федерация : МПК7 G 01 J 1/44 / Крикун В.А., Майор А.Ю., Букин O.A. ; заявитель и патентообладатель ТОЙ ДВО РАН. - № 2005109642/22 ; заявл. 04.04 2005 ; опубл. 10 08 2005, Бюл. № 22. - 5 с.. ил.

6. Букин, O.A. Особенности формирования спектров лазерной индуцированной флюоресценции морской воды в период цветения водорослей в различных районах Мирового океана [Текст] / Букин O.A., Пермяков М.С., Салюк ПА., Буров ДВ., Голик С.С., Хованец В.А., Майор А.Ю. И Оптика атмосферы и океана.-2004.-Т. 17, № 9,- С 742-749.

7. Bukin, О. A. Continuous measurements of chlorophyll A concentration in the Pacific Ocean by shipborne laser fluorometer and radiometer, comparison with Sea WiFS data / Bukin О. A, Pavlov A N, Permyakov M S, Major A Yu., Konstantinov O. G, Maleenok A. V., Ogay S. A // International Journal of Remote Sensing. - 2001. - vol. 22, no. 2&3 - P. 415-427

8. Букин, О А. О калибровке метода лазерной флуориметрии при измерении концентрации хлорофилла А [Текст] / Букин О.А, Пермяков М.С, Майор А.Ю, Сагалаев С.Г. и др // Оптика атмосферы и океана.- 2001,- т. 14, №3 -С.28-32.

9. Букин, O.A. Судовой лазерный флюориметр для исследования спектров флюоресценции морской воды [Текст] / Букин O.A., Майор А. Ю„ Павлов А. Н, Киселев В.Д. // Приборы и техника эксперимента.- 2001.-№ 4.-С 151-154.

Ю.Букин, O.A. Оценка выполнимости критерия локального термодинамического равновесия в плазме, генерируемой на поверхности твёрдых мишеней лазерными импульсами [Текст] / Букин O.A., Базаров И В., Ильин A.A., Майор А.Ю. и др. // Известия ВУЗов. - 2001. -№5. - С. 24-28 - (Серия "Физика").

П.Константинов, О.Г. Использование поляризационных характеристик восходящего излучения для выделения диффузной компоненты коэффициента яркости моря [Текст] / Константинов О.Г, Павлов А.Н., Букин O.A., Пермяков MC., Майор А.Ю., Малеёнок А.В // Оптика атмосферы и океана - 2000. - Т. 13, № 2. - С. 161.

12. Букин, О. А. Механизмы уширения эмиссионных линий лазерной плазмы, генерируемой на поверхности твердых мишеней [Текст] / Букин О. А, Базаров И. В , Бодин Н С., Майор А Ю, Ильин А А., Царев

B. И. // Журнал прикладной спектроскопии. - 2000 - Т 67, № 2. -

C. 234-237

13 Букин, О А. Связь параметров флуоресценции морской воды, возбуждаемых лазерным излучением, с типом морских вод [Текст] / Букин О.А, Пермяков М.С., Майор А Ю. и др. // Оптика атмосферы и океана - 2000. - Т 13, № 11.- С. 1011-1014

И.Букин, O.A. Использование пассивно-активных методик зондирования для измерения структурных особенностей распределения биооптических характеристик в верхнем слое океана [Текст] / Букин О А., Пермяков М С., Майор А Ю. и др // Оптика атмосферы и океана. - 2000. -Т. 13,№9 -С 847-851

15 Букин, O.A. Некоторые результаты сравнения концентраций хлорофилла А, полученных при дистанционном зондировании цвета моря с использованием различных двух полосных алгоритмов / Букин OA., Павлов А.Н., Пермяков М.С., Майор А.Ю и др. // Оптика Атмосферы и Океана. - 1999. - Т. 12, № 8 . - С. 313-320.

16. Букин, O.A. Влияние давления газовой атмосферы на характеристики эмиссионных спектров лазерной плазмы, генерируемой на поверхности твердых мишеней [Текст] / Букин О.А, Базаров И.В., Майор А.Ю. и др. // Квантовая электроника - 1998 - Т 25, № 8. - С 707-710

17. Bukin, O.A. Measurement of the lightscattering layers structure and detection of the dynamic processes m the upper ocean layer by shipbome lidar [Text] / Bukin O.A., Major A. Yu., Pavlov A. N„ Shevtsov B. M., Kholodkevich E. D // International Journal of Remote Sensing.- 1998.- vol. 19, N. 4. - P. 707-715.

18. Букин, O.A. Смещение эмиссионных линий Al в лазерной плазме, генерируемой на поверхности твердой мишени в нормальной атмосфере [Текст] / Букин O.A., Майор А. Ю., Свириденков Э. А. и др. // Письма в ЖТФ. - 1997. - Т. 13, вып. 23. - С 35-37.

19. Букин, O.A. Регистрация аномального самообращения эмиссионных линий твердых мишеней в нормальной атмосфере [Текст]/ Букин O.A., Майор А. Ю., Свириденков Э А. и др. // Квантовая электроника. - 1997. -№ 7. - С. 327-330.

20. Букин, О.А Судовой гидролидарный комплекс для зондирования верхнего слоя океана [Текст] / Букин O.A., Ильичев В И, Майор А Ю. и др. // Оптика Атмосферы и Океана. - 1994. - Т. 7, № Ю. - С. 1403-1409.

21 Майор А.Ю., Многоканальные счетчики одноэлектронных импульсов [Электронный ресурс] / Майор А Ю., Крикун В.А, Нагорный И.Г. // Исследовано в России. - 2005. - 88. - С. 926-932. - Электронный журнал. -Режим доступа к журналу • http //zhurnal.ape relarn.ru/articles/2005/088 pdf

22 Maior A.Yu., Compact pumping ship fluorunetr [Text] / Maior A Yu, O.A. Bukin, AN. Pavlov, VA Krikun // ХШ International Symposium "Atmospheric and Ocean Optic", July 2-7,2006,Tomsk.-2006.-P 155.

23. Maior A.Yu., Multi-channel photon counter [Text] / Maior A.Yu, O.A. Bukin, A.N. Pavlov, VA. Krikun // XIII International Symposium "Atmospheric and Ocean Optic", July 2-7,2006,Tomsk -2006.-P. 155

24. Bukin OA., Lidar sounding of atmosphere by shipborne hdar [Text] / Bukin O.A., V.N Marichev, A A. Il'in, A.N. Pavlov, A Yu Maior, IV. Boychenko // XI Joint International Symposium "Atmospheric and Ocean Optic", June 23 - 26,2004, Tomsk. - 2004. - P 139.

25. Bukin O.A., Comparision some results of pigment concentration measured by satellite and shipborne remote sensmg methods [Text] / Bukin OA, A.N. Pavlov, M.S. Permyakov, A.Yu. Major et al. // Proceedings SPIE. - 2001. -#4154-25/-P. 71-76.

26. Bukin O.A., Statistical features of space distribution of chlorophyll A in the South Pacific using SeaWiFS data and shipborne laser fluorometer measurements [Text] / Bukin O A., M S. Permyakov, A. Yu. Major et al. // Proceedings SPIE. - 2001. - #4154-25. - P. 188-192.

27. Bukin O.A., Investigation of the Laser-inducted fluorescence spectra for different sea water [Text] / Bukin O.A., A.Yu. Major, A.N. Pavlov, V.D. Kiselev // Proceedings SPIE. - 2001 - #4154-25. - P. 174-178.

28. Bukin O.A., Joint analysis ship and satellite chlorophyll a data [Text] / Bukin O.A., A.N. Pavlov, M.S Permyakov, A.Yu Mayor // Procedings VIII Joint international symposium. Atmosphere and ocean optics. Atmosphere physics. Irkutsk, 2001,- 2001.-P 166.

29. Major A. Yu., Comparision anahsys of the statistical features of the biooptical and hydrological sea water parameters [Text] / Major A.Yu, G.V. Skorohod, O A. Bukin, M S. Permyakov, T.I Tarhova // Procedings VIII Joint international symposium. Atmospheric and ocean optic. Atmospheric physics. Irkutsk, 2001. - 2001. - P. 166.

30. Major A. Yu., Measurements of the absolute quantities of the chlorophyll A concentration by laser fluorometer [Text] / Major AYu., EA Lipilina, O.A. Bukin, M S. Permyakov // Procedings VIII Jomt international symposium Atmospheric and ocean optic. Atmospheric physics. Irkutsk, 2001. - 2001 -P 163.

31.Bukin О.A., Diagnostics of laser plasma usmg Stark effect and . [Text] / Bukin O.A., IV. Bazarov, A. Il'in, A.Yu. Major, VI Tsarev et al. // Europhysics conference, Abstract, 31 EGAS Marsel, 1999. -1999 -P 492

32 Bukin O.A., Shock wave effect on emission spectra of laser plasma induced on the surface of solid targets in gas atmosphere [Text] / Bukin OA., I.V. Bazarov, N.S. Bodin, V.D. Kiselev, A.Yu. Major et al. // Proceedings SPIE/ - Vol. 3734-0277-786X. - 1999. - P. 41-47.

33. Павлов A.H., Применение метода поляризационной спектроскопии в задаче дистанционного зондирования океана [Текст] / Павлов А.Н, О.Г. Константинов, А.Ю. Майор, А В. Малеёнок // Труды Всероссийской межвузовской научно-технической конференции. Владивосток, ТОВМИ. -1999. - С. 107-109.

34. Bukin О.А., Shock wave effect on emission spectra of laser plasma induced on surface of solid target in gass atmosphere [Text] / Bukin O.A., I.V. Bazarov, E.A. Svmdenkov, V.D. Kiselev, A Yu. Major // 16 Th International Conference on Coherent and Nonlinear Optics, Moscow, June 29 - July 3,1998, Abstract -1998.

35. Букин O.A., Аппаратурный судовой комплекс экологического мониторинга океана [Текст] / Букин О.А., О Г. Константинов, А.Ю. Майор, С.А. Огай, А Н. Павлов, Н В. Супшлов, А Н. Трофимов // Тезисы региональной научно — технической конференции «Наука морскому флоту на рубеже XXI века», ДВГМА. -1998. - С. 13-18

36. Букин О.А., Мониторинг хлорофилла «а» в акватории залива Петра Великого и устье реки Туманная [Текст] / Букин О.А, О.Г. Константинов, А Ю. Майор, С.А Огай, А.Н. Павлов, Н.В. Сушилов, А Н. Трофимов // Тезисы региональной научно - технической конференции «Наука морскому флоту на рубеже XXI века», ДВГМА. -1998. - С. 5-8

37. Bukin О.А., Influence of ambient gas pressured plasma emission induced by laser radiation on the surface of solid bodies [Text] / Bukin O.A., I.V. Bazarov, A Yu Major, N.V Bodin //11 APS Topical Conference on Atomic Processes in Plasmas. Abstract, 1998, USA, Alabama. - 1988. - P 42

38. Букин О.А., Измерение глубинного распределения Са в морской воде с использованием метода лазерной искровой спектроскопии [Текст] / Букин О.А., Н.В. Сушилов, А.Ю. Майор, В.Д. Киселев. // Тезисы 40-ой Всероссийской Межвузовской Научно-технической конференции. Владивосток. ТОВВМУ. - 1997. - С. 154-157.

39. Bukin О.А., Experimental studies of atom fluorescence lmes in the laser produced plasma [Text] / Bukin O.A, E.A Sviridenkov, N.V. Sushilov, A.Yu. Major. // 13th International conference on Spectral Lines Shapes. 1996, Italy. - 1996. - P. A-32

40. Букин O.A., Регистрация аномального самообращения эмиссионных линий алюминия в лазерной плазме на поверхности мишени при нормальном давлении [Текст] / Букин О А., Е.Т. Большакова, АЯО Майор и др // Тезисы 15 конференции «Фундаментальная атомная спектроскопия». Москва - 1996. - С. 33.

41. Alekseev A.V., Monitoring of marine pollution by modern physical methods [Text] / Alekseev A.V., O.A. Bukin, A.Yu. Major, A.N. Pavlov, V.A. Tyapkin // International symposium of marine sciences. Abstracts, 1994, Pussan, Korea. -1994.-P. 5

42. Alekseev A.V., Laser monitoring of chlorophyll A in North Pacific [Text] / Alekseev A V., O.A Bukin, A Yu. Major // Second Annual Meeting of PICEC, Abstract, Oct. 25-30,1993, Seattle, USA. - 1993. - P. 72

43. Alekseev A.V., Ocean atmospheric interaction monitoring by laser spark spectroscopy [Text] / Alekseev A V., O.A. Bukin, A.Yu Major, A.N. Pavlov, N.V. Sushilov // The Second Chine-Russian joint oceanographic symposium. Dallian P.R. Chine - 1992.-P 60-61.

Майор Александр Юрьевич

Лазерные измерительные системы для мониторинга фитопланктонных сообществ и процессов, влияющих на их состояние

Автореферат

Подписано к печати 24 08 2006 Уел п л 2 0 Уел - изд л 1 8

Формат 60x84/16_Тираж 100_Заказ 46

Издано ИАПУ ДВО РАН Владивосток, ул Радио, 5 Отпечатано участком оперативной печати ИАПУ ДВО РАН Владивосток, ул Радио, 5

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Методы и технические средства исследования океана и атмосферы

1.1 Измерения ЛИФ спектров морской воды и органического вещества, присутствующего в морской воде в различных формах

1.2 Лазерная искровая спектроскопия

1.3 Быстродействующие регистраторы оптических сигналов для систем лазерного зондирования океана и атмосферы

Глава 2 Судовой лазерный флуориметр и метод лазерной флуориметрии для оперативного измерения спектров лазерной индуцированной флуоресценции (ЛИФ) органического вещества, присутствующего в морской воды в различных формах

2.1 Выбор общей схемы судового лазерного флуориметра

2.2 Лазерный источник для судового лазерного флуориметра

2.3 Автоматизированный спектральный комплекс

Система регистрации и предварительной обработки сигналов

2.4 Малогабаритный вариант флуориметра

2.5 Определение биооптических компонент с использованием разработанного ЛИФ спектрометра

2.6 Измерение концентрации хлорофилла «А» в морской воде методом ЛИФ

Глава 3 Судовой лазерный спектрометр и метод исследования элементного состава жидких сред с использованием лазерной искровой спектроскопии

3.1 Основы лазерной искровой спектроскопии жидких сред

3.2 Одноимпульсное и многоимпульсное возбуждение

Разработка лазерного источника

3.3 Судовой ЛИС спектрометр

3.4 Метод пространственной селекции

3.5 Калибровка метода ЛИС

Глава 4 Быстродействующие измерительные системы регистрации лидарных сигналов малой интенсивности

4.1 Особенности регистрации слабых, быстропротекающих световых процессов

4.2 Счетчик фотонов, работающий через шину ISA

4.3 Платы управления и синхронизации счетчика фотонов

4.4 Плата счетчиков фотонов

4.5 Модификация счетчика фотонов для работы через шину USB

4.6 Система регистрации быстрых аналоговых сигналов ФЭУ гидролидара

Глава 5 Использование разработанных лазерных измерительных систем для исследования океана и атмосферы

5.1 Лидарное зондирование атмосферного аэрозоля, исследование динамики аэрозольных слоев в атмосфере

5.2 Использование метода и аппаратуры ЛИС для мониторинга качества морской воды

5.3 Использование проточного лазерного флуориметра и метода

ЛИФ для проведения исследования биооптических параметров верхнего слоя океана

5.4 Применение гидролидара для исследования динамики светорассеивающих слоёв в верхнем слое океана

На современном этапе невозможно всестороннее исследование окружающей среды без дальнейшего развития оптических методов и средств зондирования океана и атмосферы. Бурное развитие лазерной техники в последние десятилетия значительно расширило круг решаемых задач мониторинга окружающей среды. Это послужило основой развития активных оптических дистанционных методов и средств исследования океана и атмосферы. Но за эти же годы произошли заметные изменения в климате планеты: глобально - это повышение средней температуры, локально же отмечается повышение жесткости климата - резче стали перепады температуры, меняется солнечный радиационный режим и т.д. Эти изменения не могут не сказаться на состоянии морских экосистем и на функционирование входящих в них фитопланктонных сообществ (на состояние фотосинтезирующей системы клеток фитопланктона). Фитопланктон играет ключевую роль и как основа кормовых цепей в морских экосистемах, и как источник кислорода на планете.

Можно отметить три основных процесса в которых фитопланктон является наиболее важным фактором:

- насыщение атмосферы кислородом. Оценки вклада фитопланктона в производство кислорода на планете колеблются в пределах от 35% до 70% [1];

- производство органического вещества в океане;

- поглощение двуокиси углерода в процессе реакции фотосинтеза.

По некоторым оценкам [2] фитопланктон производит 95% растворимого органического вещества в океане. Содержание растворенного органического углерода (РОУ) в океане соизмеримо по величине с содержанием СОг в атмосфере, а также составляет примерно 20%» от общего органического вещества на Земле (исключая керогены и уголь) [3].

Основным источником поступления РОУ в океан является фитопланктон. По оценкам, приведенным в работе [4], он продуцирует 20 миллиардов тонн РОУ в год, в то время как поступление органического вещества с суши и первичная продукция фитобентоса дают лишь 5 процентов вновь поступающего органического вещества. При этом биомасса самого фитопланктона, выраженная в единицах органического углерода, относительно очень мала - всего лишь 80 миллионов тон. Таким образом, его ежегодная продукция превышает его биомассу в 250 раз. Это говорит о большой роли фотосинтеза в процессе воспроизводства органики на планете и обуславливает интерес к исследованию циклов воспроизводства органического вещества именно клетками фитопланктона [5].

Естественно, что различные природные процессы, протекающие в атмосфере и океане, воздействуют на фитопланктонные сообщества и их эффективность в вышеперечисленных процессах. Особый интерес представляет воздействие крупномасштабных процессов (таких как климатообразующие факторы или непосредственно климатические изменения).

Чтобы провести корректные исследования того, каким образом климатообразующие факторы или сами климатические изменения влияют на функционирование клеток фитопланктона, необходимо измерить такие параметры (характеризующие клетки фитопланктона и их фотосинтетический аппарат), как концентрация хлорофилла «а» и дополнительных пигментов, удельное воспроизводство органического вещества клетками фитопланктона, скорость электронного транспорта в реакции фотосинтеза, концентрации основных химических элементов клеток, важных для их жизнедеятельности и т.д.

Прогресс в решении этой проблемы во многом определяется развитием технических измерительных средств. Требуется использование методов и технических средств, позволяющих, с одной стороны, осуществлять измерение характеристик процессов на малых масштабах и параметров исследуемых систем на молекулярном уровне, а с другой стороны, способных обеспечить оперативные, непрерывные измерения на климатических масштабах. Оптические методы исследования позволяют оперативно проводить такие измерения.

В настоящее время пассивными методами с использованием сканеров цвета морской поверхности CZCS, SeaWiFS и MODIS [6 - 8] проводится определение концентрации хлорофилла «а» в верхнем слое океана в планетарном масштабе. Однако используемые «глобальные» алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла «А» для данных этих сканеров дают надежные результаты только для морских вод первого класса (океанических). Для других типов вод требуется разработка региональных алгоритмов с привлечением активных оптических методов.

Активные методы являются более информативными и позволяют проводить измерение, кроме концентрации хлорофилла «А», и таких величин как скорость электронного транспорта в реакции фотосинтеза [9 - 12], измерять параметры флуоресцирующего РОВ. В работах [13 - 15] показаны возможности метода лазерной индуцированной флуорометрии (ЛИФ) по измерению концентрации хлорофилла «А» и регистрации спектров РОВ, в работах [16, 17] продемонстрированы результаты использования метода ЛИФ для измерения концентрации флуоресцирующей части РОВ.

К настоящему времени в литературе описаны несколько ЛИФ спектрометров судового и авиа базирования [10, 12, 18 - 22], однако необходимость сочетания приведенных выше требований с возможностью проведения непрерывных измерений на больших пространственных масштабах, потребовали новых технических решений и изготовление соответствующей аппаратуры. Для проведения измерений на больших масштабах (как минимум синоптических), необходимо проведение разработки специального судового лазерного флуориметра, который обеспечил бы непрерывные измерения, с хорошим пространственным разрешением, обеспечил бы высокую чувствительность при регистрации ЛИФ спектров с высоким пространственным разрешением.

Поэтому в настоящей работе была поставлена задача разработки судового ЛИФ спектрометра, который мог быть использован для разработки новых методов исследования процессов воспроизводства органического вещества фитопланктонными сообществами. Новая постановка задачи потребовала разработки ЛИФ спектрометра с соответствующими техническими параметрами.

Другое важное ограничение пассивного зондирования состоит в том, что с использованием пассивных методов возможно проведение измерений только в поверхностном слое глубиной от 1 м до 10 метров в зависимости от оптических свойств морской воды. В то время как глубина фотического слоя может превышать 100 м и основная масса фитопланктона сосредотачивается в районе термоклина, глубина залегания которого, во многих случаях, превышает 10 метров [23]. Таким образом, основная масса фитопланктона остается вне поля зрения пассивных оптических методов. Существует ряд работ, в которых используются либо модельные распределения концентрации фитопланктона по глубине, либо немногочисленные контактные измерения для того, чтобы учесть этот фитопланктон при проведении глобальных оценок содержания фитопланктона в Мировом океане. Однако, ввиду сильной изменчивости глубинного распределения фитопланктона и его зависимости от сезона, статистики контактных измерений, проведенных к настоящему времени в различных районах Мирового океана, явно не достаточно для решения этой проблемы. А модельные распределения могут очень сильно отличаться от реальных, что приводит к большим ошибкам при проведении таких оценок.

Задача оперативного измерения глубинного распределения концентрации фитопланктона (хлорофилла «а») решается с помощью лазерных методов зондирования. К настоящему времени продемонстрированы возможности зондирования с лидаров, установленных на авианосителях [24 - 26] и космических аппаратах [27 - 31]. В принципе, показана возможность восстановления структуры светорассеивающих слоев до глубин порядка 20 - 40 метров [24 - 26, 32]. Однако, результаты зондирования, которые проводятся с авиалидаров и судовых гидролидаров через открытую поверхность раздела атмосфера-морская вода, сильно зависят от состояния морской поверхности [33, 34]. Это приводит к тому, что возможности метода лидарного зондирования через поверхность сильно ограничены (уменьшается глубина зондирования, занижается чувствительность метода по регистрации слабых светорассеивающих слоев, ограничиваются условия, в которых возможно проведение зондирования) [35 - 41]. В связи с выше сказанным была поставлена задача разработки оперативного судового метода восстановления вертикального распределения фитопланктона по глубине с использованием судового гидролидарного зондирования. Разработка такого метода приведена в работах [35, 36, 42], и основным техническим решением, при реализации этого метода, было проведение зондирования через погружной иллюминатор и создание быстродействующей системы регистрации лидарного сигнала обратного рассеяния. Одним из основных параметров при гидролидарном зондировании является пространственное разрешение, которое обеспечивает лидар при восстановлении глубинной структуры светорассеивающего слоя. Оно определяется длительностью лазерного импульса и быстродействием фоторегистраторов.

В настоящей работе была поставлена задача разработки такой быстродействующей системы регистрации гидролидарных сигналов, которая обеспечила пространственное разрешение порядка одного метра при восстановлении глубинного распределения светорассеивающих слоев. Такое быстродействие (и, соответственно, пространственное разрешение) является достаточным для корректного восстановления вертикального распределения фитопланктона по глубине и регистрации тех изменений, которые происходят в этом распределении при воздействии различных динамических процессов, протекающих в ВСО, на светорассеивающие слои.

Технические решения, приведенные в работе, обеспечили требуемое быстродействие и были использованы при изготовлении системы регистрации в судовом варианте гидролидара, разработанного для работы через гидрооптическую шахту НИС «Академик Лаврентьев».

Для оценки изменений, которые происходят в фитопланктонных сообществах под действием различных процессов, важно знать концентрацию основных элементов, входящих в состав клеток и обеспечивающих их нормальное функционирование. Особенно это важно при исследовании антропогенного воздействия или при изучении влияния, которое оказывают выносы континентального аэрозоля на состояние фотосинтезирующего аппарата клеток.

Одним из климатообразующих факторов в Восточной Азии и на акватории окраинных морей Западной части Тихого океана, являются песчаные бури, протекающие в континентальных районах Китая и Монголии. Они являются источником огромного количества аэрозоля, который поступает в атмосферу и распространяется в Восточном и Северо -Восточном направлении. По данным измерений с лидарных станций [43, 44] и спутников [45 - 49] аэрозольные выносы доходят до Камчатки через Охотское море и до Калифорнии через Тихий океан. Появление большого количества аэрозоля в атмосфере приводит к изменению погодных условий и тех факторов, которые определяют условия функционирования и развития фитопланктонных сообществ. Влияние на фитопланктонные сообщества проходят различными путями. Прямое влияние проявляется в выносе огромного количества минерального вещества в фотический слой при прохождении аэрозольных выносов над морскими акваториями. Что приводит к локальному цветению водорослей и возрастанию концентрации хлорофилла «А». Косвенное воздействие пылевые бури оказывают через локальные изменения альбедо и изменение спектрального распределения солнечного излучения, которое достигает морской поверхности.

В настоящее время не существует оперативных методов измерения элементного состава морской воды и клеток фитопланктона. Все методы химического определения, спектроскопические или другие методы основаны на отборе проб морской воды с последующими процедурами их специальной подготовки и измерения.

Первые результаты работ по использованию метода лазерной искровой спектроскопии (ЛИС) для определения химического состава морской воды и фитопланктона были опубликованы в работах [50 - 52]. Результаты показали, что метод вполне может быть использован для оперативного определения химического состава морской воды и клеток фитопланктона, которые присутствуют в концентрациях на уровне 10"2 - 10"4 г/л. Несмотря на относительно высокий порог минимально обнаружимых концентраций, метод представляет большой интерес для решения вышеперечисленных задач, поскольку обладает большими преимуществами перед другими методами измерения концентрации элементов:

1. Оперативность проведения измерений. Весь процесс измерения занимает время порядка нескольких секунд.

2. Отсутствие необходимости предварительной подготовки пробы к измерениям. Измерения возможно проводить в лидарном [53], в проточном варианте [54], а так же в варианте с отобранными пробами. Последний, так же не требует особой подготовки проб к измерениям.

3. Отсутствие прямого контакта с исследуемой пробой.

4. Возможность проведения одновременных измерений большого числа элементов в одной пробе.

Все эти преимущества метода делают его очень перспективным для решения проблем, описанных выше. Чувствительность данного метода позволяет регистрировать практически все элементы, входящие в макросостав обычной морской воды, такие как Na, Са, К, С, Mg. Если иметь в виду, что существует ряд ситуаций на различных морских акваториях, в которых концентрации этих и ряда других элементов могут быть значительно выше, то возможности метода по мониторингу состава морской воды значительно расширяются. К таким ситуациям относятся устьевые зоны рек, водные акватории в непосредственной близости к месторождениям или в вулканических зонах или зонах разлома, а так же морские воды, подверженные загрязнению. Особые преимущества данного метода проявляются там, где заранее неизвестно о химическом составе морской воды и необходимо провести оперативный мониторинг ее качества. При исследовании клеток фитопланктона ситуация значительно меняется, так как в процессе их жизнедеятельности происходит накопление ряда элементов в клетках. Их концентрации значительно выше, чем в окружающей морской воде. Для решения вопросов, связанных с отработкой метода ЛИС для определения элементного состава морской воды и клеток фитопланктона в настоящей работе и была сформулирована задача разработки судового варианта ЛИС спектрометра. Ранее в научной литературе аналоги подобных судовых спектрометров, для мониторинга качества морской воды и элементного состава клеток фитопланктона, не были описаны. Судовой вариант ЛИС спектрометра разрабатывался, в частности, и для решения задач прямого воздействия пылевых бурь на состояние фитопланктонных сообществ, когда необходимо проводить измерения элементного состава клеток фитопланктона и морской воды в процессе выпадения аэрозоля на морские акватории.

Для оценки непрямого воздействия необходимо проведение измерений непосредственно параметров атмосферного аэрозоля. Использование лидарного зондирования позволяет измерять микрофизические параметры выносимого аэрозоля, проводить измерение высотного распределения аэрозоля. При совместном использовании лидарных и спутниковых данных возможно осуществлять исследование воздействия пылевых выносов на фитопланктонные сообщества. Одна из таких задач ставится при создании лидарный сетей ADNet и CISLiNet [43, 55]. Лидарная сеть CISLiNet представлена станцией лидарного зондирования в г. Владивостоке. Для обеспечения лидарного зондирования атмосферного аэрозоля на больших высотах и соответствующего пространственного разрешения при восстановлении высотного профиля сигнала обратного рассеяния, необходимо обеспечить высокое быстродействие и регистрацию слабых световых сигналов, в отличии от разработки быстродействующей системы, которую необходимо было сделать для обеспечения гидролидарного зондирования ВСО (см. выше).

Таким образом, в данной работе была поставлена задача разработки соответствующей аппаратуры - быстродействующих многоканальных счетчиков фотонов, которые обеспечили бы лидарное зондирование атмосферного аэрозоля в верхних слоях тропосферы и стратосфере. Данные счетчики фотонов могут быть использованы не только в лидарных системах, но и при регистрации слабых сигналов в ЛИФ спектрометрах или гидролидарных системах, в каналах для регистрации сигнала обратного рассеяния с больших глубин.

Актуальность работы

В настоящее время наиболее остро стоит проблема изучения воздействия климатических изменений, наблюдающихся на планете, на морские экосистемы. Базисом всех морских экосистем являются фитопланктонные сообщества и любые изменения в их темпах развития влияют на процессы жизнедеятельности морских экосистем в целом. Важность решения этой проблемы состоит в том, что фитопланктон играет ключевую роль в создании условий жизни на планете: в насыщении атмосферы кислородом, поглощении углекислого газа и производстве органического вещества в океане. Климатические изменения, как и процессы более мелких (синоптических) масштабов, воздействуют на функционирование фитопланктонных сообществ и на состояние фотосинтезирующей системы клеток фитопланктона. Для исследования результатов этих воздействий необходимы как технические средства исследований самих процессов, протекающих в климатических и синоптических масштабах в атмосфере и океане, так и методы, позволяющие определять состояние фотосинтезирующей системы клеток фитопланктона.

Пассивные и активные оптические методы исследований обеспечивают возможность оперативного измерения характеристик клеток фитопланктона на молекулярном уровне и микрофизические характеристики среды в синоптических и климатических масштабах.

Пассивные методы измерения более разработаны к настоящему времени и реализованы уже в спутниковой аппаратуре. В течении более чем двадцати лет проводится измерение концентрации хлорофилла «А» в верхнем слое океана с использованием сканеров цвета морской поверхности CZCS, SeaWiFS и MODIS. Эти данные позволяют приступать к исследованиям воздействия климатических изменений на планете на фитопланктонные сообщества. Однако, несмотря на высокий технический уровень пассивных методов, к настоящему времени проведение надежных измерений возможно только для концентрации основного пигмента клеток фитопланктона - хлорофилла «А».

Активные методы, использующие лазерную спектроскопию, являются более информативными и позволяют проводить измерение значительно большего числа параметров: характеристики самих процессов, воздействующих на фитопланктонные сообщества, и параметры, характеризующие состояние клеток (таких как скорость электронного транспорта, концентрацию химических элементов клеток, удельное воспроизводство органического вещества и т.д.). Разработка и использование этих методов сдерживается отсутствием надежных технических средств активного зондирования, которые позволяют осуществлять оперативное измерение этих параметров. В связи с вышесказанным, разработка новых методов активного оптического зондирования и лазерных измерительных систем, предназначенных для мониторинга процессов, воздействующих на фитопланктонные сообщества, а так же для измерения величин, характеризующих состояние клеток фитопланктона, являются актуальным.

Целью работы является разработка новых лазерных методов исследования окружающей среды и измерительных технических средств для оперативного определения основных параметров, характеризующих состояние фитопланктонных сообществ и параметров процессов воздействующих на них.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Создать технические средства и методы для измерений биооптических параметров морской воды с использованием лазерной индуцированной флуориметрии, которые обеспечивают оперативные, непрерывные измерения в течение длительного времени в натурных условиях при работе на неспециализированных судах, следующих параметров:

- абсолютных значений концентрации хлорофилла «А» клеток фитопланктона;

- относительных концентраций дополнительных пигментов, входящих в состав клеток фитопланктона;

- относительных величин удельного воспроизводства растворенного органического вещества (РОВ) клетками фитопланктона.

2. Разработать методику и лазерный искровой спектрометр для оперативных измерений концентрации основных химических элементов, входящих в состав клеток фитопланктона и морской воды.

3. Разработать быстродействующую систему регистрации судового лидарного комплекса для измерения распределения коэффициента ослабления лазерного излучения по глубине с разрешением порядка 1 метра, которое позволяет восстановить структуру светорассеивающих слоев, обусловленную стратификацией температуры и модуляцией гидрофизическими процессами, протекающими в верхнем слое океана.

4. Разработать быстродействующую систему регистрации слабых световых потоков для атмосферного лидара, обеспечивающую регистрацию сигнала обратного аэрозольного рассеяния до высот 80 км с пространственным разрешением не хуже 100 м, что необходимо для исследования структуры и динамики аэрозольных слоев в атмосфере.

Научная новизна

Результаты работы создают методическую и приборную базу, которая значительно расширяет возможности лазерных методов при проведении фундаментальных исследований в области мониторинга фитопланктонных сообществ и исследовании результатов воздействия различных процессов на их состояние:

1. Впервые показана возможность определения относительных величин удельного воспроизводства РОВ клетками фитопланктона, с использованием функциональных соотношений между биооптическими компонентами ЛИФ спектра.

2. Разработана методика измерения концентрации основных химических элементов, входящих в состав морской воды и клетки фитопланктона с использованием метода лазерной искровой спектроскопии.

3. Показана возможность определения факторов накопления элементов - загрязнителей морской воды клетками фитопланктона с использованием лазерной искровой спектроскопии.

4. Предложена методика построения быстродействующих гидролидарных систем регистрации сигнала обратного рассеяния, которая позволяет восстановить глубинный профиль коэффициента ослабления лазерного излучения с пространственным разрешением порядка 1 метра.

Практическое значение работы

Созданы малогабаритные судовые прокачиваемые лазерные флуориметры, которые осуществляют оперативное измерение спектров ЛИФ морской воды с высоким пространственным и спектральным разрешением. Они обеспечивают возможность длительной непрерывной работы в натурных условиях на судах, не приспособленных для проведения научных измерений. Оперативные измерения концентрации хлорофилла «А», выполняемые по ходу судна позволяют определять биопродуктивность морских вод, проводить сравнительный анализ с данными оптических сканеров цвета морской поверхности, установленных на спутниках, и разрабатывать надежные региональные алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла «А» из спутниковых данных. Такой сравнительный анализ делает результаты спутникового зондирования более достоверными на тех акваториях, где не корректно использовать глобальные алгоритмы восстановления концентрации хлорофилла «А» по цвету морской поверхности. Разработанная методика определения относительных величин удельного воспроизводства РОВ клетками фитопланктона, дает возможность исследовать процессы его воспроизводства и проводить классификацию фитопланктонных сообществ по этому параметру.

Результаты, полученные при разработке метода и аппаратуры ЛИС, позволяют изучать воздействие загрязнения водных акваторий на биологические объекты, оценивать факторы накопления элементов -загрязнителей клетками фитопланктона. При исследовании биологических объектов важна оперативность метода. Отсутствие необходимости длительной подготовки проб к анализу, дает возможность проводить измерения элементного состава морской воды in situ, а для клеток фитопланктона необходимо только их осаждение на фильтр.

Созданные быстродействующие системы регистрации световых потоков, включая слабые световые сигналы, значительно расширяют возможности лидарных систем при их использовании для исследования океана и атмосферы.

В работу включены результаты, которые были получены при выполнении следующих проектов и грантов:

- ФЦП «Мировой океан» проект 4.5.1 "Развитие дистанционных методов и эффективное использование космической информации для изучения состояния дальневосточных морей и шельфовых зон Тихого океана";

- «Дальневосточный плавучий университет» ФЦП «Интеграция» проект № 746, проект № СО 148 и проект № Э0013;

- грант РФФИ №. 96-02-19172-а " Экспериментальные исследования механизма лазерного диэлектрического пробоя в жидкости";

- грант РФФИ № 97-05-65821-а "Экспериментальные исследования влияния пространственно-временного распределения светорассеивающих слоев в океане и состояния морской поверхности на спектральные характеристики восходящего излучения моря";

- грант РФФИ - ДВО РАН 06-05-96105-рвостока «Исследование пространственно временной изменчивости воспроизводства растворенного органического вещества клетками фитопланктона»;

- грант ДВО РАН 06-1-П16-060 «Структура и динамика радиационно активных компонентов атмосферы в переходной зоне материк-океан и их влияние на состояние фитопланктонных сообществ»;

- грант ДВО РАН 06-II-CO-07-028 «Особенности формирования континентального тропосферного аэрозоля в Сибири, полей озона и аэрозоля над акваториями Дальневосточных морей».

Реализация результатов работы

Лазерный искровой спектрометр для определения элементного состава конденсированных сред внедрен во Всероссийском научно исследовательском институте физико - технических измерений («Дальстандарт» г. Хабаровск);

Регистратор лидарного сигнала - счетчик однофотонных импульсов внедрен в Институте Космофизических исследований и распространения радиоволн (ИКИР ДВО РАН г. Петропавловск на Камчатке);

Проточный судовой спектрометр лазерной индуцированной флуоресценции (ЛИФ) внедрен в Морском государственном университете им. адм. Г.И. Невельского г. Владивосток.

Достоверность результатов, приведенных в работе, подтверждена: 1. Многократными измерениями, проведенными как в лабораторных, так и в натурных условиях, которые проводились для морских вод различных оптических типов, а так же сравнением результатов, полученных на флуориметре с данными различных методов измерений, включая стандартные методы.

2. Сравнительным анализом лидарных измерений аэрозоля со спутниковыми данными и данными метеозондирования, проводимого с шаров - зондов.

3. Многочисленными сравнительными экспериментами флуориметрических результатов с измерениями концентраций хлорофилла «А», полученных со сканеров цвета морской поверхности SeaWiFS и MODIS.

4. Проведением калибровок при измерении концентрации элементов в морской воде и клетках фитопланктона на стандартные химические и спектрометрические методы.

5. Сравнительными экспериментами со стандартными методами регистрации гидрофизических процессов при проведении глубинного лидарного зондирования в верхнем слое океана.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Многоимпульсное возбуждение лазерной плазмы оптического пробоя на поверхности исследуемых жидкостей позволяет увеличить контраст эмиссионных линий элементов, присутствующих в лазерной плазме по сравнению с прямым методом лазерной искровой спектроскопии как минимум в 3 раза.

2. Использование в лазерном искровом спектрометре методов многоимпульсного возбуждения лазерной плазмы и пространственной селекции спектральных линий, исследуемых элементов, позволяет получить значения МОК для основных элементов морской воды и фитопланктона на уровне 10"3 - 10"4 г/л при импульсной лазерной мощности 60 МВт на длине волны возбуждающего излучения 1.064 мкм.

3. Наличие линейной зависимости между компонентами спектра ЛИФ, которые определяются содержанием хлорофилла «А» и растворенного органического вещества, позволяет измерять относительную величину удельного воспроизводства РОВ клетками фитопланктона.

4. Метод и аппаратурные комплексы, позволяющие проводить оперативные измерения ЛИФ спектров морской воды и восстанавливать концентрации хлорофилла «А» с пределом обнаружения на уровне 0.1 мкг/л.

5. Метод и система регистрации сигнала обратного рассеяния лазерного излучения с использованием двух каналов регистрации и параллельным подключением четырех быстрых аналого-цифровых преобразователей с частотой дискретизации 50 МГц в каждом канале, которая обеспечивает восстановление профиля коэффициента ослабления лазерного излучения с пространственным разрешением порядка 1 метра до глубины 50 метров.

6. Автоматизированная система счета однофотонных импульсов, предназначенная для непрерывных измерений слабых световых сигналов при минимальной длительности входных импульсов 5 не, с минимальным временем разрешения двух импульсов 10 не.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение сформулируем основные результаты, которые получены в настоящей работе:

1. Разработаны судовые лазерные прокачиваемые флуориметры, позволяющие проводить оперативные, непрерывные измерения ЛИФ спектров морской воды. Флуориметры позволяют проводить непрерывные измерения в течение длительного времени, в автоматическом режиме и могут использоваться на неспециализированных судах.

2. Разработана методика измерения концентрации хлорофилла «А» с использованием ЛИФ спектров. Проведена калибровка результатов измерения концентрации хлорофилла «А», выполненных ЛИФ спектрометром, на стандартные методы измерения для различных типов морских вод. Определены минимально обнаружимые концентрации хлорофилла «А».

3. Предложена методика определения темпов воспроизводства органического вещества клетками фитопланктона в период цветения водорослей. Методика использована при исследовании особенностей функционирования фитопланктонных сообществ в наиболее биопродуктивных районах мирового океана.

4. Исследованы пространственно-временные параметры лазерной плазмы, генерируемой на поверхности жидкости. Определены пути повышения чувствительности метода лазерной искровой спектроскопии по измерению концентрации химических элементов, входящих в исследуемые жидкости: возбуждение импульсом сложной формы и пространственная и временная селекция эмиссионных линий исследуемых элементов.

5. Разработан судовой спектрометр для проведения лазерного спектрального анализа элементного состава морской воды и клеток фитопланктона. Определены минимально обнаружимые концентрации основных химических элементов, входящих в состав морской воды и клетки фитопланктона с использованием пространственной селекции эмиссионных линий и возбуждения сложным импульсом.

6. Разработаны четырехканальные автоматизированные счетчики однофотонных импульсов. Счетчики интегрированы в лидарные системы (стационарный и мобильный лидары) для исследования динамики атмосферного аэрозоля.

7. Реализована схема параллельного включения быстрых АЦП при осуществлении лидарного зондирования верхнего слоя океана. Быстрые АЦП интегрированы в судовой лидарный комплекс для исследования динамических процессов, протекающих в ВСО, который позволяет проводить восстановление распределения коэффициента ослабления лазерного излучения по глубине в реальном времени.

8. Проведены натурные эксперименты по исследованию состояния фитопланктонных сообществ и измерению параметров процессов, протекающих в океане и атмосфере и воздействующих на фитопланктон, с применением разработанных лазерных комплексов.

1. Климов, В.В. Фотосинтез и биосфера Электронный ресурс. // Соросовский образовательный журнал. 1996. - № 6. - С. 6-13. - Электронный журнал. — Режим доступа к журналу : http://journal.issep.rssi.ru. Доступен также на опт. дисках. — Загл. с экрана.

2. Романксвич, Е.А. Геохимия органического вещества в океане Текст. М.: Наука, 1977.-256 с.

3. Hedges, J.I. Global biogeochemical cycles: progress and problems Text. // Marine Chemistry. 1992, - V. 29. - P. 67-93.

4. Тихий океан Текст. / Галеркин Л.И., Бараш М.С., Сапожников В.В., Пастернак Ф.А.; под общ. ред. O.K. Леонтьева. М.: Мысль, 1982. -316 с.— (Природа и ресурсы мирового океана).

5. Биология океана Текст. В 2 т. Т. 2. Биологическая продуктивность океана / под ред. М.Е. Виноградова. М.: Наука, 1977. - 399 с.

6. Darzi, М. SeaWiFS operational archive product specifications, version 2.8 Text. / Darzi M., Part F.S., Firestone J.K., Schieber B.D., Kumar L.V., Ilg D.A.; NASA Goddard Space Flight Center. -1995. 16 November. - 92 p.

7. MODIS WEB Electronic resource. / NASA; curator Brandon Maccherone. — Electronic data.- Mode of access : http://daac.gsfc.nasa.gov/MODIS/. — Title from screen.

8. Coastal Zone Color Scanner (CZCS) Electronic resource. : Instrument Guide / NASA; curator Rebecca Farr, GSFC. Electronic text data. - NASA, 1996. - Mode of access : http://podaac.jpl.nasa.gov:2031/SENSORDOCS/czcs.html. — Title from screen.

9. Barbini, R. Spectrofluorometric phytoplankton and sea water characterization during the XIII Italian Antarctic mission Text. / Barbini R., Colao F., Fantoni R., Palucci A., Ribezzo S., Lazzara L. //Proceedings of SPIE. 1999. - V. 3821. - P. 237-247.

10. Antal, Т.К. Measurement of phytoplankton photosynthesis rate using pump-and probe fluorometer Text. / Antal Т.К., P.S. Venediktov, D.N. Matorin, A.B. Rubin. // Oceanologia. 2001.-V.43 (3). - P. 291-313.

11. Глушков, C.M. Проблемы лазерной флюорометрии органических примесей в природных водах Текст. / Глушков С.М., Фадеев В.В., Филиппова Е.М., Чубаров В.В. // Оптика атмосферы и океана. 1994. - Т. 7. № 4. - С. 433-449.

12. Armstrong, F.A. Photooxidation of organic matter in sea water by ultraviolet radiation, analytical and other application Text. / Armstrong F.A., Williams P.M., Stickland J.D.H. //Nature. -1966. № 5048. - P. 481-483.

13. Babichenko, S. Phytoplankton pigments and dissolved organic matter distribution in the Gulf of Riga Text. / Babichenko S., Kaitala S., Leeben A., Poryvkina L., Seppala J. //Journal of Marine Systems.- 1999,- V.23. P.69-82.

14. Banishev, A. A. A Nanosecond Laser Fluorimeter Text. / Banishev A. A., D. V. Maslov, and V. V. Fadeev. // Instruments and Experimental Techniques. 2006. -Vol. 49, No. 3. - P. 430.

15. Карабашев, Г.С. Лазерный проточный флуориметр Текст. / Карабашев Г.С., Ханаев С.А. // Океанология. 1987. -Т. 27, № 6. - С. 1007-1009.

16. Бункин, Ф.В. Лидарное зондирование водоемов, почвы и растительности Текст. / Бункин Ф.В., Бункин А.Ф. // Оптика океана и атмосферы. 2000. -Т. 13, №1.-С. 63-69.

17. Атлантический океан Текст. / Булатов Р.П., Бараш М.С., Иваненков В.Н., Марта IO.IO. ; под общ. ред. O.K. Леонтьева. М.: Мысль, - 1977. - 296 с. -(Природа и ресурсы мирового океана).

18. Hoge, F.E. Airborne detection of oceanic turbidity cell structure using depth-resolved laser-inducted water Raman backscatter Text. / Hoge F.E., Swift R.N. // Applied Optics. 1983. - V. 22, № 23. - P. 3778-3786.

19. LITE : Lidar In-space Technology Experiment Electronic resource. / NASA; curator Dr. David M. Winker. — Electronic data. Mode of access: http://www-lite.larc.nasa.gov/index.html. — Title from screen.

20. Gu, Y. Y. Validation of the Lidar In-space Technology Experiment: Stratospheric temperature and aerosol measurements Text. / Gu Y. Y., Gardner C. S., Castelberg P. A., et al. //Appl. Optics. 1997. - V. 36. - P. 5148-5157.

21. Menzies, R. T. Lidar In-space Technology Experiment measurements of sea surface directional reflectance and the link to surface wind speed Text. / Menzies R. Т., Tratt D. M., and Hunt W. H. // Appl. Optics. 1998. - V. 37, N 24.1. P. 5550-5559.

22. ЗО.Зусв, В.Е. Лидарные исследования облачных полей и подстилающей поверхности из космоса Текст. / Зуев В.Е., Балин Ю.С., Матвиенко Г.Г., Тихомиров А.А., ШаманаевВ.С. // Оптика атмосферы и океана. 1997. -Т. 10, №04-05.-С. 485.

23. ЗЬКреков, Г.М. Оценка потенциальных возможностей лидарных систем космического базирования для зондирования морской воды Текст. / Креков Г.М., Крекова М.М., Матвиенко Г.Г., Шаманаев B.C. // Оптика океана и атмосферы. 1996. - Т. 9, № 5. - С. 627.

24. Шаманаев, B.C. Применение самолетного лидара для зондирования морских акваторий Текст. // Оптика атмосферы и океана. 1993- Т. 6, №2.-С. 165.

25. Коханенко, Г.П. Исследования морской воды в Северной Атлантике судовым лидаром Текст. / Коханенко Г.П., Пеннер И.Э., Шаманаев B.C. // Оптика океана и атмосферы. 1998. - Т. 11, № 07. - С. 714-722.

26. Павлов, А.Н. Пассивные и активные оптические методы зондирования биооптических полей верхнего слоя океана Текст.: Диссертация на соискание степени доктора физ. мат. наук. - Хабаровск, 2004. - 265 с.

27. Ильичев, В.И. Применение глубинного лазерного зондирования для исследования динамических процессов в океане Текст. / Ильичев В.И., Букин О.А., Лысун В.Н. и др. // Доклады АН СССР. 1988. - Т. 303, № 6. -С. 1482-1485.

28. Букин, О.А Стратификация коэффициента ослабления лазерного излучения в верхнем слое океана по данным лидарного зондирования Текст. /

29. Букин О.А., Ильичев В.И., Критский И.А., Павлов А.Н. // Доклады АН СССР. 1990. - Т. 312, № 4. С. 972-973.

30. Букин, О.А Судовой гидролидарный комплекс для зондирования верхнего слоя океана Текст. / Букин О.А., Ильичев В.И., Майор АЛО. и др. // Оптика Атмосферы и Океана. 1994. - Т. 7, № 10. - С. 1403-1409.

31. Ильичев, В.И. Автоматизированный лазерный комплекс для исследования параметров верхнего слоя океана Текст. / Ильичев В.И., Букин О.А., Лысун В.Н. и др. // Тихоокеанский Ежегодник. Владивосток, 1988. -С.185-190.

32. Демидов, А.А. О возможности получения вертикального распределения примесей в воде методом лазерного зондирования Текст. / Демидов А.А., Фадеев В.В. // Доклады АН СССР. 1980.- Т.255, № 4. - С. 850-853.

33. Сергеев, В.Л. Метод идентификации сигналов гидрооптического авиалидара Текст. / Сергеев В.Л., Шаманаев B.C. // Оптика океана и атмосферы 1991Т. 4, № 3. - С. 280.

34. Asian Dust Network (AD-Net) Electronic resource. / National Institute for Environmental Studies; Nobuo Sugimoto (Japan). Electronic data. - Mode of access : http://www-lidar.nies.go.jp/AD-Net. - Title from screen.

35. MODIS Atmosphere Electronic resource. / NASA; Responsible NASA Official: Dr. Michael King. Electronic data. - Mode of access : http://modis-atmos.gsfc.nasa.gov. - Title from screen.

36. Tanre, D. Measurement and modeling of the Saharan dust radiative impact: Overview of the Saharan Dust Experiment (SHADE) Text. / Tanre D., J. Haywood, J. Pelon et al. // Journal of geophysical research. 2003. - Vol. 108. -N.D18.-P. 8574.

37. Kaufman, Y. J. Dust transport and deposition observed from the Terra-Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) spacecraft over the Atlantic

38. Ocean Text. / Kaufman Y. J., Koren I., Remer L. A. // J. Geophys. Res. 2005. -V. 110.-D 10.-S 12.

39. ADEOS-II: Midori-II Electronic resource. / Japan Aerospace Exploration Agency, Earth Observation Research Center. Electronic data. - Mode of access : http://sharaku.eorc.nasda.go.ip/ADEOS2/index.html. - Title from screen.

40. Tanre, D. Global observation of anthropogenic aerosols from satellite Text. / Tanre D., Breon F.M., Deuze J.L., et al. // Geophys. Res. Lett. 2001. - v. 28(24).-P. 4555-4558.

41. Букин O.A. Использование спектроскопии лазерной искры для анализа элементного состава водных сред Текст. / Букин О.А., Павлов А. Н., Сушилов Н.В., Эдуардов С. Л. // ЖПС. 1990. - Т. 52, № 5. - С. 736-738.

42. Прохоров A.M. Исследование возможности дистанционного определения содержания железа в морской воде по эмиссионному спектру лазерного пробоя Текст. / Прохоров A.M., Власов Д.В., Ципенюк Д.Ю., Букреев B.C. // ЖПС. 1991. - Т. 55, № 2. - С. 313-314.

43. Власов Д.В. Дистанционный элементный анализ состава морской воды по эмиссионному спектру лазерной плазмы Текст. / Власов Д.В., Прохоров A.M., Ципенюк Д.Ю., Букреев B.C. // Оптика атмосферы и океана. -1991.- Т. 4, № 4. С. 445-446.

44. Букин О.А. Определение макросостава морской воды методом лазерной искровой спектроскопии Текст. / Букин О.А., Ю.А. Зинин, Э.А. Свириденков и др. // Оптика атмосферы и океана. 1992. - Т. 5. № 11. -С. 1213-1216.

45. Чайковский, А.П. Лидарная сеть CIS-LiNet для мониторинга аэрозоля и озона: методология и аппаратура Текст. / Чайковский А.П., Иванов А.П., Балин Ю.С. и др. // Оптика атмосферы и океана. 2005. - Том 18, № 12. -С. 1066-1072.

46. Лазерный контроль атмосферы Текст. / Под ред. Э. Д. Хинкли. М.: Мир, 1979.-416 с.

47. Межерис, Р. Лазерное дистанционное зондирование Текст. М.: Мир, 1987.-512 с.58.3уев, В.Е. Оптика атмосферы. Итоги и перспективы Текст. // Оптика атмосферы и океана. 1988. - Том 1, № 1. - С. 5.

48. Бондаренко, С.Л. Лазерный многокомпонентный газоанализ приземного слоя атмосферы Текст. / Бондаренко С.Л., Долгий С.И., Зуев В.В. и др. // Оптика атмосферы и океана 1992 - Т.5. № 6,- С. 611.

49. Kim, Hongsuk Н. New algae mapping technique by the use of an airborne laser fluorosensor Text. //Appl. Opt. 1973. - V.12. - P. 1454-1459.

50. Абакумов, Г.А. Определение хлорофилла в морской воде методом лазерного зондирования / Абакумов Г.А., Фадеев В.В. и др. // YIII Конф. по когерентной и нелинейной оптике, Тбилиси, май 1976. 1976.- Т.2. - С. 68.

51. Власов, Д.В. Лазерное дистанционное зондирование верхнего слоя океана Текст.: Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. М.: ИОФАН, 1985. - 452 с.

52. Абрамочкин, А.И. Самолетные поляризационные лидары для исследования атмосферы и гидросферы Текст. / Абрамочкин А.И., Занин В.В., ПеннерИ.Э., ТихомировА.А., ШаманаевВ.С. // Оптика атмосферы и океана. 1988. - Т. 1, № 2. - С. 92.

53. Клышко, Д. Н. Дистанционное определение концентрации примеси методом лазерной спектроскопии по комбинационному рассеянию Текст. / Клышко Д. Н., Фадеев В. В. //ДАН СССР. 1978. - Т. 238. - С. 320-323.

54. Bristow, М. Use of water Raman emission to correct airborne laser fluorosensor data for effects of water optical attenuation Text. / Bristow M., D. Neilsen, Bundy D., Furtek R. // Appl. Opt. 1981.- V. 20. - P. 2889-2906.

55. Беккисв, А.Ю. Влияние температуры, солей и кислот на форму линии комбинационного рассеяния воды Текст. / Беккиев АЛО., Фадеев В.В. // Доклады АН СССР. 1982. - Т. 262, № 2. - С. 328-331.

56. Фадеев, В.В. Лазерная спектроскопия водных сред Текст.: Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. М.: МГУ, 1983.-455 с.

57. Гоголинская, Т.А. О закономерностях изменения полосы 3100.3700 см-1 КР воды в водных растворах солей Текст. / Гоголинская Т.А., Пацаева С.В., Фадеев В.В. //Доклады АН СССР. 1986. - Т. 290, № 5. - С. 1099-1103.

58. Фадеев, В.В. Количественное определение нефтепродуктов в воде методом лазерной флуориметрии Текст. / Фадеев В.В., Чубаров В.В. // Доклады АН СССР. 1981. - Т. 261. № 2. - С. 342-346.

59. Власов, Д.В. Лазерное зондирование верхнего слоя океана Текст. // Изв. АН СССР.- 1985. Т. 49, № 3. - С. 463-472. - (Серия Физическая).

60. Zielinski, О. Operational Airborne Hydrographic Laser Fluorosensing Text. / Zielinski O., R. Andrews, J. Gobel // Proceedings of EARSeL-SIG-Workshop LIDAR, Dresden/FRG, June 16- 17,2000. 2000. - P. 53-60.

61. Власов, Д.В. О флуктуации интенсивности эхосигнала при лазерном зондировании верхнего слоя океана в условиях крупномасштабного волнения его поверхности Текст. / Власов Д.В., Стрельцов В.Н. // Квантовая электроника. 1985. - Т. 12. № 7. - С. 1553-1555.

62. Букин, О.А. Судовой лазерный флюориметр для исследования спектров флюоресценции морской воды Текст. / Букин О.А., Майор А. Ю., Павлов А. Н., Киселёв В.Д. //Приборы и техника эксперимента.- 2001.-№ 4.- С. 151-154.

63. Goldin, Yu.A. Two-chanal flow-through laser fluoromert Text. / Goldin Yu.A., Gureev B.A., Ventskut Yu. I. // Proceedings of III Int. Conf. Carrent problem in optics of natural waters. 2005. - P. 182-186.

64. DiCAMPRO Operator Manual Text. / PCO GmbH. 2003.

65. Букин, О.А. Особенности формирования спектров лазерной индуцированной флуоресценции морской воды в период цветения водорослей в различных районах Мирового океана Текст. / Букин О. А.,

66. Пермяков М.С., Салюк П.А. и др. // Оптика атмосферы и океана. 2004. -Т 17, № 9. - С. 742-749.

67. Darzi, М. SeaWiFS operational archive product specifications. Version 2.8 Text. / Darzi M., Patt F.S., Firestone J.K. et al.; SeaWiFS Project Code 970.2, NASA Goddard Space Flight Center, 1995, 16 November. -1995. 92 p.

68. Campbell, J.W. Lavel-3 SeaWiFS Data Products: Spatial and Temporal Binning Algorithms Text. / Campbell J.W., Blaisdell J.M., Darzi M. // NASA Technical Memorandum 104566. 1995. - Vol. 32. - p. 73.

69. Carder, K.L. Performance of the MODIS semi-analytical ocean color algorithm for chlorophyll-a Text. / Carder K.L., Chen F.R., Cannizzaro J.P. et al. // Advances in Space Research. 2004. - vol. 33.- P. 1152-1159.

70. Cremers, D.A. Spectrochimical analysis of liquids using the laser spark Text. / Cremers D.A., Radziemski L.J., Loree T.R. // Appl. Spectroscopy. 1984. - v. 38. -P. 721-729.

71. Davies C.M. Quantitative analyses using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) Text. / Davies C.M., Telle H.H., Montgomery D.J., Corbett R.E. // Spectrochimica Acta. Part B. 1995. - v. 50. - P. 1059-1075.

72. Rusak, D.A. Recent trends and the future of laserinduced plasma spectroscopy Text. / Rusak D.A., Castle B.C., Smith B.W., Winefordner J.D. // Trends in analytical chemistry.- 1998.- vol. 17, nos. 8+9,- P. 453-460.

73. Tognoni, E. Quantitative micro-analyses by laser-induced breakdown spectroscopy: a review of the experimental approaches Text. / Tognoni E., Palleschi V., Corsi M., Cristoforetti G. // Spectrochimica Acta. Part B. 2002. -V.57.-P. 1115-1130.

74. Власов, Д.В. Динамика эмиссионного спектра лазерного пробоя на поверхности воды Текст. / Власов Д.В., Прохоров A.M., Ципенюк Д.Ю. // Квантовая электроника. 1991. - т. 18, № 10. - С. 1234-1235.

75. Milan, M. Diagnostics of silicon plasmas produced by visible nanosecond laser ablation Text. / Milan M., Laserna J.J. // Spectrochimica Acta. Part B. 2001. -V.56.-P. 275-288.

76. Сухов, JI.T. Лазерный спектральный анализ Текст. Новосибирск: Наука, 1990.- 139 с.

77. Rai, V.N. Study of Laser-Induced Breakdown Emission From Liquid Under Double-Pulse Excitation Text. / Rai V.N., Yueh F. -Y., and. Singh J. P. // Appl. Opt. 2003. - V. 42. - P. 2094-2101.

78. Martin, J. H. Testing the iron hypothesis in ecosystems of the equatorial Pacific Ocean Text. / Martin J. H., Coale К. H., Johnson K. S. et al. // Nature.- 1994.-V.371.-p. 123-129.

79. Гаевскин, H.A. Использование вариабельной и замедленной флуоресценции в изучении фотосинтеза растений Текст. / Гаевский Н.А., Моргун В.Н. // Физиология растений. 1993. - Т. 40, Вып. 1. - С. 119-127.

80. Ибраев, Н.Х. Кинетика затухания аннигиляционной замедленной флуоресценции ароматических малекул в пленках Ленгмюра-Блоджет Текст. / Ибраев Н.Х., Латонин В.А. // Физика Тв. Тела.- 1999.- том 41, вып. 4.- С. 736-739.

81. Ибраев, Н.Х. Автоматизированная установка для спектрально-кинетических исследований люминесценгции в режиме счета фотонов Текст. / Ибраев Н.Х., Латонин В.А. // ПТЭ. 1997. - №5. - С. 169.

82. Лсвшин, Л.В. Люминесценция и её измерения: Малекулярная люминесценция Текст. / Левшин Л.В., Салецкий А.М.-М: МГУ, 1989 277с.

83. Оптика моря Текст. / Отв. ред. К.С. Шифрин М.: Наука, 1983. - 248 с.

84. Букин, О.А. Комплексное опто-акустическое зондирование ВСО Текст. / Букин О.А., Киселев В.Д., Кленин С.А. и др.; ДВНЦ ТОЙ. Владивосток, 1988. - Деп. в ВИНИТИ № iSl 18-В88.

85. Букин, О.А. Некоторые результаты лидарного зондирования ВСО Текст. / Букин О.А., Ильичев В.И., Критский И.А., Павлов А.Н.; ДВНЦ ТОЙ. -Владивосток, 1989. Деп. в ВИНИТИ № i6502-B89.

86. Квашнин, А.Н. Регистратор формы однократных импульсных сигналов Ц9107 Текст. / Квашнин А.Н., Хильченко А.Д. Новосибирск, 1985. - 28 с. -(Препринт № 85-116 / ИЯФ СО АН СССР).

87. Валах, В.В. Компактная система времякоррелированного счёта фотонов диапазона 0.6 не 40 мкс Текст. / Валах В.В., Дмитриев С.М., Ермалицкий Ф.А. и др. // ПТЭ. - 2000. - № 5. - С. 159-160.

88. Ситников, Н.М. Хемолюминесцентный баллонный измеритель двуокиси азота для тропосферных и стратосферных исследований (NaDA) Текст. / Ситников Н.М., Соколов А.О., Ravegnani F. и др. // ПТЭ. 2005. - № 3. -С. 136-141.

89. Щелевой, К.Д. Быстродействующий дифференциальный дискриминатор-счётчик импульсов Текст. // ПТЭ. 1985. - № 3. - С. 105-107.

90. Василевнч, JI.H. 1024-канальный счётчик фотонов для диапазона 50 не -5000 с Текст. / Василевич JI.H., Дмитриев С.М., Ермалицкий Ф.А., Суханин С.В. // ПТЭ. 1996. - № 4. - С. 161-162.

91. Герке, М.Н. Простой дифференциальный дискриминатор-счётчик однофотонных импульсов ФЭУ Текст. / Герке М.Н., Пахомов А.В., Степанян Г.Г. // ПТЭ. 1997. - № 5. - С. 39^2.

92. Щелевой, К.Д. Применение процессоров DSP в счётчиках фотонов Текст. // ПТЭ. 1997. - № 6. - С. 62-65.

93. E04.pdf#search=%22PhotonCounting TPHQ9001 E04.pdf%22. Title from screen. - 28 p.

94. Павлов, A.H. Лазерное зондирование динамических процессов верхних слоев океана Текст. : Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.-Хабаровск, 1996.-127 с.

95. Hoge, F.E. Absolute tracer dye concentration using airborne laser-induced water Raman backscatter Text. / Hoge F.E., Swift R.N. // Applied Optics. -1981. V. 20, №7.- P. 1191-1202.

96. Лаковнч, Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии Текст. М.: Мир, 1986.-496 с.

97. Рубин, А.Б. Биофизика Текст.: Учебник для высш. учеб. завед.: в 2 т. М.: Высш. шк., 1987.-2 т.

98. Иванов, И. Г. Лазерная флуоресцентная диагностика фитопланктона в режиме насыщения Текст. / Иванов И. Г., Фадеев В. В. // Квантовая электроника. 1988. - Т. 15, №1. - С. 191-197.

99. Серов, Н.Я. Насыщение флюоресценции растворов в сложных органических соединениях при импульсном лазерном возбуждении Текст. /

100. Серов Н.Я., Фадеев В.В., Чекалюк A.M. // Квантовая электроника. 1991.-Т. 18, №4.-С. 425-429.

101. Pixel Fly Operating Instructions Текст. / PCO Computer Optics GmbH. 2003.

102. Карабашсв, Г.С. Флуоресценция в океане Текст. Л.: Гидрометеоиздат, 1987.-200 с.

103. Карнаухов, В.Н. Спектральный анализ в клеточном мониторинге состояния окружающей среды Текст. М.: Наука, 2001. - 186 с.

104. Yentsch, C.S. Fluorescent spectral signatures: The characterization of phytoplankton populations by the use of excitation and emission spectra Text. / Yentsch C.S., Yentsch C.M. // J. Mar. Res. 1979. - V.37. - P. 471-483.

105. Демидов, А.А. Применение лазерной спектрофлуориметрии для измерения концентрации пигментов морского фитопланктона Текст. / Демидов А.А., Баулин Е.В., Фадеев В.В., Шур Л.А. // Океанология. 1981. - Т. 21, № 1. -С. 174-179.

106. Фадеев, В.В. Применение лазерной спектроскопии для определения пигментов морского фитопланктона Текст. / Фадеев В.В., Демидов А.А., Клышко Д.Н., Кобленц-Мишке О.И., Фортус В.М. // Труды института океанологии. 1980. - Т. 90. - С. 219-234.

107. Anderson, J.M. Light-harvesting pigment-protein complexes of algae Text. / Anderson J.M., Barrett J. // Photosynthesis: III. End. Plant Phys. 19 / Staehelin L.A., Arntzen С J. Springer-Verlag, Berlin, 1986. - P.269-285.

108. Brown, J.S. Forms of chlorophyll in vivo Text. // Ann. Rev. Plant Physiol. -1972. -V. 23.-P. 73-86.

109. Govindjee, Chlorophyll В fluorescence and an emission band at 700 nm at room temperature in green algae Text. / Govindjee, Briantais JM. // FEBS Letters. 1972. - V. 19, №4.-P. 278-280.

110. Hilton, J. Algal identification using in vivo fluorescence spectra Text. / Hilton J., Rigg E., Jaworski G. // J. Plankton Res. 1989. - V. 11. - P. 65-74.

111. Watras, C.J. Detection of planktonic cyanobacteria by tandem in vivo fluorometiy Text. / Watras C.J., Baker A.L. // Hydrobiologia. 1988. - V. 169. - P. 77-84.

112. Lim, Jae S. Two-Dimensional Signal and Image Processing Text. // Englewood Cliffs. NJ, Prentice Hall, 1990.- P. 469-476.

113. Cleveland, W.S. Computational methods for local regression Text. / Cleveland W.S., Grosse E. // Statistics and Computing. -1991. № 1. - P. 47-62.

114. ГОСТ 9411 91. Стекло оптическое цветное. Технические условия Текст. -М.: Издательство стандартов. - 68 с.: ил.

115. Аксененко, М.Д. Приемники оптического излучения: Справочник Текст. / Аксененко М.Д., Бараночников M.JI. М.: Радио и связь, 1987.-296 с.

116. Marquardt, D. An Algorithm for Least-Squares Estimation of Nonlinear Parameters Text. // SIAM Journal Applied Math. 1963. - V. 11. - P. 431 -441.

117. Букин, О.А. О калибровке метода лазерной флуориметрии при измерении концентрации хлорофилла А Текст. / Букин О.А., Пермяков М.С., Майор А.Ю., Сагалаев С.Г. и др. // Оптика атмосферы и океана.- 2001.- т. 14, № 3. С. 28-32.

118. Pinto, A.M.F. Chlorophyll «А» determination via continuous measurement of plankton fluorescence: Methodology development Text. / Pinto A.M.F., Von Sperling E., Moreira R.M. // Water Research. 2001. - V. 35. №. 16. - P. 3977-3981.

119. Cremers, D.A. Spectrochimical analysis of liquids using the laser spark Text. / Cremers D.A., Radziemski L.J., Loree T.R. // Appl. Spectrosc. 1984. - v. 38. -P. 721-729.

120. Реди, Дж. Действие мощного лазерного излучения Текст. / Пер. с англ. -М.: Мир, 1974.-468 с.

121. Mele, A. Laser ablation of metals: Analysis of surfase heating and plume expansion experiments Text. / Mele A., Gardini Guidone A., Kelly R. et. al. // Applied Surface Science. 1999. - v. 109/110. - P. 584-590.

122. Гончаров, B.K. Взаимодействие прямоугольного импульса излучения неодимового лазера с металлами Текст. / Гончаров В.К., Карабань В.И., Концевой B.JI. и др. // Квантовая электроника. 1991. - Т. 18, № 7. -С. 872-876.

123. Solana, P. Time dependent ablation and liquid ejection processes during the laser drilling of metals Text. / Solana P., Ph. Kapadia, J. Dowden et al. // Optic communications. 2001. - v. 191. - P. 97-112.

124. Барчуков, А.И. Низкопороговый пробой воздуха вблизи мишени СОг лазера и связанный с ним высокий импульс отдачи Текст. / Барчуков А.И., Бункин Ф.В., Конов В.И. и др. // Письма в ЖЭТФ. 1973. - Т. 17, № 8. -С. 416 - 419.

125. Барчуков, А.И. Исследование низкопорогового пробоя газов вблизи твердых мишеней излучением С02 лазера Текст. / Барчуков А.И., Бункин Ф.В., Конов В.И. и др. //Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1974. - Т. 66, № 2(8). - С. 965-981.

126. Батанов, В.А. Испарение металлических мишеней мощным оптическим излучением Текст. / Батанов В.А., Бункин Ф.В., Прохоров A.M. // Журнал экспериментальной и теоретической физики,-1972.-Т. 63, № 2(8).- С. 966-975.

127. Mathieu, J.P. Optics Text. Oxford: Pergamon press, 1975. - 550 c.

128. Делоне, Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом Текст. -М.: Наука, 1989.-280 с.

129. Андреев, А.А. Механические характеристики процессов взаимодействия лазерного излучения разных длин волн с непрозрачными материалами Текст. / Андреев А.А., Баянов В.И., Крыжановский В.И. и др. // ЖТФ. -1992.-Т. 62, №2.-С. 84-92.

130. Paterlongo, A. Laser-pulse sputtering of aluminium: vaporization, superheating and gas-dynamic effects Text. / Paterlongo A., Miotello A., Kelly R. // Physical Review E. 1994. - v. 50, № 6. - P. 4716-4726.

131. Jeong S.H. Numerical modelling of pulsed laser evaporation of aluminium targets Text. / Jeong S.H., Grief R., Russo R.E. // Applied Surface Science. -1998.-v. 127/129.-P. 177-183.

132. Афанасьев, Ю.В. Исследование газодинамических процессов, возникающих при испарении твердого вещества под действием излучения лазера Текст. / Афанасьев Ю.В., Н.Г. Басов, О.Н. Крохин и др. // ЖТФ. -1969.-Т.39,№4.-С. 894-905.

133. Афанасьев, Ю.В. Испарение вещества под действием излучения лазера Текст. / Афанасьев Ю.В., Крохин О.Н. // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1967. - Т. 52, № 4. - С. 966-975.

134. Борец-Первак, И.Ю. Пороги образования плазмы в парогазовой смеси у поверхности нагреваемых лазером металлов Текст. / Борец-Первак И.Ю., Воробьев B.C. // Квантовая электроника. 1991. - Т. 18, № 8. - С. 999-1002.

135. Агеев, В.П. Пробой газов вблизи твердых мишеней импульсным излучением С02 лазера Текст. / Агеев В.П., А.И. Барчуков, Ф.В. Бункин и др. // Известия высших учебных заведений. 1977. - № 11. - С. 35-60.

136. Aguilera, J.A. Plasma shielding effect in laser ablation of metallic samples and its influence on LIBS analysis Text. / Aguilera J.A., Aragon C., Penalba F. // Applied Surface Science. 1998. - V. 127. - P. 309-314.

137. Ahhchmob, С.И. Действие излучения большой мощности на металлы Текст. / Анисимов С.И., Я.А. Имас, Г.С. Романов и др. М.: Наука, 1970. -272 с.

138. Келдыш, JI.B. Ионизация в поле сильной электромагнитной волны Текст. // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1964. - Т. 47, № 5. (11).-С. 1945-1957.

139. Островская, Г.В. Лазерная искра в газах Текст. / Островская Г.В., Зайдель А.Н. // Успехи физических наук. 1973. - Т. 111, № 4. - С. 579-616.

140. Kroll, N. Theoretical study of ionisation of air by intense laser pulses Text. / Kroll N., Watson K.M. // Physical Review A. 1972. - V. 5, № 4. - P. 1883-1905.

141. Райзер, Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов Текст. М.: Наука, 1974. - 308 с.

142. Действие лазернорго излучения Текст.: сб. ст. / под ред. Райзера Ю.П. -М.:Мир, 1968.-390 с.

143. Panarella, Е. Focal-length dependence of air breakdown by a 20-psec laser pulse: Theoretical interpretation through the effective-photon concept Text. // Physical Review Letters. 1974. - v.33, № 16. - P. 950-953.

144. Van Stryland, E.W. Pulse-width and focal-volume dependence of laser-induced breakdown Text. / Van Stryland E.W., Soileau M.J., Smirl A.L. et al. // Physical Review В. 1981. - v. 23, № 5. - P. 2144-2151.

145. Бсрченко, Е.А. Влияние длины волны лазерного излучения на пороги плазмообразования при облучении непрозрачных материалов Текст. / Берченко Е.А., Кошкин А.В., Соболев А.П. и др. // Квантовая электроника. -1981.-Т. 8,№7.-С. 1582-1584.

146. Киселев, В.Д. Экспериментальные исследования акустических полей, возбуждаемых в воде при взрывном вскипании под действием лазера Текст.: Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. -Владивосток, 1991. 95 с.

147. Лямшев, Л.М. Оптико-акустические источники звука Текст. // Успехи физических наук. 1981. - Т. 135, № 4. - С. 637-669.

148. Власов, Д. В. Аналитические возможности элементного анализа водных растворов по эмиссионному спектру лазерного пробоя на поверхности Текст. / Власов Д. В., Прохоров А. М., Ципенюк Д. Ю. и др. // ЖПС. 1991. -Т. 55, №6. -С. 919-926.

149. Cheung, Nai-ho Single-shot elemental analysis of liquids based on laser vaporization at fluencies below breakdown Text. / Cheung Nai-ho, Yeung Edward S. // Applied spectroscopy. 1993. - V. 47, № 7. - P. 882-893.

150. Golik, S.S. Investigation of marine water quality and monitoring phytoplankton by laser-induced breakdown spectroscopy Text. / Golik S.S., Bukin O.A., Ilyin A.A., Tsarev V.I. //Proceedings of SPIE.- 2002.- v. 5149. P. 223-230.

151. Poulain, D.E. Influence on concentration measurements of liquid aerosol by laser-induced breakdown spectroscopy Text. / Poulain D.E., Alexander D.R. // Applied Spectroscopy. 1995. - V. 49. - P. 569-579.

152. Букздорф, H.B. Взрыв сферической капли под действием лазерного излучения Текст. / Букздорф Н.В., Землянов А.А., Кузиковский А.В. и др. // Известия высших учебных заведений. 1974. - № 5. - С. 36-40.

153. Землянов, А.А. О механизме оптического пробоя при облучении водных мишеней излучением импульсного С02 лазера Текст. / Землянов А.А., Кузиковский А.В., Чистякова Л.К. // ЖТФ. 1981. - Т. 51, № 7. -С. 1439-1444.

154. Abraham, Е. Femtosecond laser-induced breakdown in water: time-resolved shadow imaging and two-color interferometric imaging Text. / Abraham E.,

155. Minoshima К., Matsumoto H. I I Optics Communication. 2000. - V. 176. -P. 441-452.

156. Yoshiro, Ito Determination of colloidal iron in water by laser-induced breakdown spectroscopy Text. / Yoshiro Ito, Osamu Ueki, Susumu Nakamura // Analytica Chimica Acta. 1995. - V. 299. - P. 401-405.

157. Майор, А.Ю. Разработка методов лазерной эмиссионной спектроскопии и лазерной флуориметрии для исследования состава морской воды Текст.: Диссертация на соискание степени кандидата физико-математических наук. -Хабаровск, 1998.-102 с.

158. Букин, О.А. Регистрация аномального самообращения эмиссионных линий твердых мишеней в нормальной атмосфере Текст./ Букин О.А., Майор А. Ю., Свириденков Э. А. и др. // Квантовая электроника. 1997. - № 7. -С. 327-330.

159. Зайдель, А.Н. Таблицы спектральных линий / Зайдель А.Н., Прокофьев В.К., Райский С.М. и др. М: Наука, 1977. - 800 с.

160. Фриш, С. Э. Оптические спектры атомов Текст. М: Наука, 1963. - 640 с.

161. Гримм, Г. Уширение спектральных линий в плазме Текст. М: Мир, 1978.-491 с.

162. Букин, О.А. Смещение эмиссионных линий А1 в лазерной плазме, генерируемой на поверхности твердой мишени в нормальной атмосфере Текст. / Букин О.А., Майор А. 10., Свириденков Э. А. и др. // Письма в ЖТФ. 1997. - Т. 13, вып. 23. - С. 35-37.

163. Зайдель, А. Н. Основы спектрального анализа Текст. М: Наука, 1965. -324 с.

164. Игнанавичус, М. Временные и термодинамические характеристики плазмообразования Текст. / Игнанавичус М., Казакявичус Э., Оршевский Г., Данюнас В. // Квантовая электроника. 1991. - Т. 18, № 11.-С. 1325-1328.

165. Янковский, А. А. Лазерный спектральный анализ Текст. // Квантовая электроника и лазерная спектроскопия. Минск: Наука и техника, 1974.- С. 362-380.

166. Витшас, А.Ф. Нелинейные эффекты при оптической генерации звука в жидкости Текст. / Витшас А.Ф., Дорожкин Л. М., Дорошенко В. С., Корнеев В. В. // Акустический журнал. 1988. - Т. 38, № 3. - С. 437-444.

167. Аналитическая лазерная спектроскопия Текст. / Под ред. Н. Оменетто. -М.: Мир, 1982.- 605 с.

168. Спектральный анализ чистых веществ Текст. / Зильберштейн Х.И., Сёмов М.П., Никитина О.Н., Фраткин З.Г. ; под ред. Зильберштейна Х.И. -Ленинград: Химия, 1971. 416 с.

169. Кустановнч, И.М. Спектральный анализ Текст. М.: Высшая школа, 1972.- 352 с.

170. Fichcd, P. Quantitative elemental determination in water and oil by laser induced breakdown spectroscopy Text. / Fiched P., Mauchien P., Wagner J-F., Moulin C. // Analytica Chimica Acta. 2001. - v. 429, № 2. - P. 269-278.

171. Еременко, В. Я. Спектрографическое определение микроэлементов Текст. Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1969. - 110 с.

172. Мошш, A.C. Химия океана Текст. В 2 т. Т. 1. Химия вод океана / под ред. Бордовского O.K., Иваненкова В.Н. М.: Наука, 1979. - 643 с.

173. Шлифонтюк, Д.И. Амплитудный дискриминатор для счетного ФЭУ Текст. // ПТЭ. 1992. - №5. - С. 167-170.

174. Берковский, А.Г. Вакуумные фотоэлектронные приборы Текст. / Берковский А.Г., Гаванин В.А., Зайдель И.Н. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1988. - 272с.

175. Фирозабари, М.М. Одноэлектронный режим фотоумножителей ФЭУ-130 и регистрация фотонов черенковского излучения Текст. / Фирозабари М.М., Ушаков В.И. // ПТЭ. 1999. - № 2. - С. 54-62.

176. Букин, О.А. Метод отбора фотоумножителей для регистрации слабых световых потоков Текст. / Букин О.А., Тяпкин В.А., Столярчук С.Ю. // ПТЭ. 1982.-№5.-с. 144-145.

177. Ветохнн, С.С. Одноэлектронные фотоприемники Текст. / Ветохин С.С., Гулаков И.Р., Перцев А.Н., Резников И.В.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 161 с.

178. Григорьев, В.А. Электронные методы ядерно-физического эксперимента Текст. / Григорьев В.А., Колюбин А.А., Логинов В.А. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 336 с.

179. Казаков, Б.Н. Дифференцирующая RC-цепь в усилительном тракте системы счета фотонов Текст. / Казаков Б.Н., Михеев А.В., Матыгулин И.Г. // ПТЭ. 2005. - № 3. - С. 42-45.

180. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютером IBM PC Текст. / под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбснера.-М.: Мир, 1992.- 592 с.

181. Крикун, В.А. Много канальный счетчик одноэлектронных импульсов с ФЭУ Текст. / Крикун В.А., Майор А.Ю., О.А. Букин // ПТЭ. 2006. - № 3. -С. 163-164.

182. CoIIis, R.T.H. Lidar measurements of particles and gases by elastic backscattering and differential absorbtion Text. / Collis R.T.H., Russell P.B. //1.ser Monitoring of the Atmosphere / Ed. E.D. Hinkley. Springer-Verlag, Berlin, 1976.-P. 71-151.

183. Fernald, F.G. Analysis of atmospheric LIDAR observations: some comments Text. // Appl. Opt. 1984. - vol. 23, N 5. - P. 652-653.

184. KIctt, J. D. Lidar inversion with variable backscatter/extinction ratios Text. // Appl. Opt.- 1985.-vol. 24, N 11.-P. 1638-1643.

185. Mayor, A.Yu. Multi-channel photon counter Text. / Mayor A.Yu., Krikun V.A., Pavlov A.N., Bukin O.A. // XIII International Symposium. Atmospheric and Ocean optics. Tomsk, July 2-7,2006. 2006. - P. 155.

186. Бреховских, JI.M. Введение в механику сплошных сред Текст. / Бреховских Л.М., Гончаров В.В. М: Наука, 1982. - 335 с.

187. Зуев, В.Е. Лазер-Метеоролог Текст.- Л.: Гидрометеоиздат, 1974.- 67 с.

188. Зуев, В.Е. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере (в условиях помех) Текст. / Зуев В.Е., Кабанов М.В. М.: Советское радио, 1977. - 328 с.

189. CALIPSO Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation Electronic resource. / NASA; Curator: Daniel Mangosing. - Electronic data. -Mode of access : http://www-calipso.larc.nasa.gov/. - Title from screen.

190. Salyuk, P.A. Using of laser induced fluorescence method for phytoplankton communities describing Text. / Salyuk P.A., Bukin O.A., Permyakov M.S. // SPIE proceedings. 2005. - Vol. 5851. - P. 232-236.

191. Guo, L. Dynamics of dissolved organic carbon (DOC) in oceanic environments / Guo L., Santchi P.H., Warnken K.W. // Limnology and Oceanography. 1995. -V. 40, №8.-P. 1392-1403.

192. Глушков, C.M. Лазерные спектрометры для диагностики органических примесей в природных водах Текст. / Глушков С.М., Фадеев В.В., Чубаров В.В. // Оптика океана и атмосферы.- 1994,- Т. 7, № 4.- С. 454-473.

193. Карабашев, Г.С. О соотношении интенсивности флуоресценции и концентрации растворенных органических веществ в водах океана Текст. / Карабашев Г.С., Агатова А.И. // Океанология 1984.- Т. 24, № 6.- С. 906-909.

194. Chen, R.F. In situ fluorescence measurements in coastal waters Text. // Organic Geochemistry. 1999. - № 30. - P. 397-409.

195. Скопинцев Б.А. Новые данные о природе органического вещества океанических вод и его энергетические ресурсы Текст. // Океанология. 1981. -Т. 21, №5.-С. 821-830.

196. Букин, О.А. Связь параметров флуоресценции морской воды, возбуждаемых лазерным излучением, с типом морских вод Текст. / Букин О.А., Пермяков М.С., Майор А.Ю. и др. // Оптика атмосферы и океана. 2000. - Т. 13, №11.- С. 1011-1014.

197. Balch, W. The remote sensing of ocean primary productivity: use of a new data compilation of test satellite algorithms Text. / Balch W., Evans R., Brown J., et al. // J. Geophys. Res. 1992. - vol. 97, № C2. - P. 2279-2293.

198. Smith, R.C. Multiplatform sampling (ship, aircraft, and satellite) of a Gulf Stream warm core ring Text. / Smith R.C., Brown O.B., Hoge F.E. // Appl. Opt. 1988. - vol. 26, № 11. - P. 2068-2080.

199. Barbini, R. Design and application of a lidar fluorosensor system for remote monitoring of phytoplankton Text. / Barbini R., Colao F., Fantoni R., Micheli C., Palucci A. and Ribezzo S. // ICES Journal of Marine Science. 1998. - vol. 55. -P.793-802.

200. O'Reilly, J.E. Ocean color chlorophyll algorithms for SeaWiFS / O'Reilly J.E., Maritorena S., Mitchell B.G. et al. // J. Geophys. Res. 1998. - vol. 103, № CI 1. -P. 24937-24953.

201. Положительное решение о выдаче патента на полезную модель от 21.06.06 по заявке № 2006110722: Судовой лазерный спектрометр / Майор А.Ю., Букин О. А., Кульчин Ю.Н., Крикун В.А., Вознесенский С.С. заявл. 03.04.2006.