Рис. 1. Маршрут следования судна. На вставке слева представлена карта водохранилища. 1 – область предварительного сканирования, 2 – начало сканирования поверхностного слоя воды вдоль трассы судна, 3 – окончание сканирования
Введение
Лидарное зондирование окружающей среды предполагает, что источник лазерного излучения и приемник эхо-сигнала находятся в одной точке пространства, подобно тому как это принято в радиолокации. Лидаром( по аналогии с радаром в радиолокации) называется прибор, который осуществляет такое зондирование.
Для измерения характеристик зон цветения воды и мониторинга экологического состояния акваторий используют различные методы и подходы. Наряду с контактным профилированием, широкое развитие получили дистанционные методы с использованием спутниковых сканеров цвета [ 3, 4 ] и различного рода оптических систем авиационного и судового базирования [ 5 – 8 ], а также изучаются возможности использования радиолокаторов СВЧ-диапазона [ 9 ].
Среди оперативных методов диагностики важное место принадлежит лазерному( лидарному) зондированию [ 5, 7 ]. Лидар( от англ. LiDAR – Light Detecting And Ranging, световое детектирование и определение дальности) – прибор, действующий по принципу радара, с тем отличием, что вместо радиоволны используется излучение оптического диапазона. Общая схема лидарного зондирования водоемов состоит в следующем: импульсное лазерное излучение( длительность импульса в наносекундной или более короткой области) распространяется по поверхности или в глубине зондируемой акватории. Как правило, выбирают длину волны лазерного излучения, расположенную в области прозрачности атмосферы и воды. Лазерное излучение взаимодействует с атомами и молекулами зондируемой среды, вызывая эхо-сигналы, которые распространяются, в том числе и в сторону излучателя. По задержке обратного сигнала судят о расстоянии до исследуемого объекта, а по спектру – о его строении и свойствах.
Существует большое количество работ, описывающих лазерное дистанционное зондирование океанских и морских акваторий( например, [ 10 – 18 ]), и в то же время в литературе отсутствуют данные о подобных исследованиях пресных водоемов с высокой концентрацией водорослей. Целью данной работы было лидарное зондирование пресноводной акватории с высокой концентрацией водорослей и сравнение полученных результатов с калиброванными данными коммерческого измерителя концентрации сине-зеленых водорослей, входящего в состав STD-зонда( YSI Inc., 6600 v2). Задача исследования – оценить перспективы методов лидарного зондирования для определения различных параметров природной воды: температуры, мутности, концентрации водорослей.
Эксперимент
Район проведения наблюдений
Натурный эксперимент был проведен 15 июля 2015 года на Горьковском водохранилище( Нижегородская область, Россия). Данный водоем был выбран в связи с тем, что в июле-августе в его акватории интенсивно развиваются скопления водорослей. При этом их концентрация увеличивается в десятки-сотни раз( до 50 – 100 тыс. клеток / мл и более) по сравнению с весенним периодом. Это пред-
62 Морские информационно-управляющие системы, 2015 / No. 2( 8)