Дисертацію присвячено розгляданню шляхів поширення функціональних можливостей радіоелектронної системи комплексного вертикального зондування (СКВЗ) атмосферного пограничного шару (АПШ), що складається з бістатичної апаратури радіоакустичного зондування (РАЗ), моностатичного содару і наземної метеоапаратури. З цією метою розроблено методики визначення за допомогою апаратури РАЗ основних метеовеличин. Вперше розроблено методику визначення вологості повітря апаратурою двочастотного РАЗ. Розглянуто вплив дестабілізуюючих факторів на точність визначення метеовеличин. Розроблено методику комплексних досліджень структури АПШ за допомогою усієї системи, що враховує взаємодоповнюючи властивості усіх трьох складових СКВЗ та суттєво поширює її можливості.. В результаті вимірювань, здійснених за зазначеною методикою, було отримано нові відомості про структуру АПШ при бризах. Розглянуто умови появи в приморському регіоні локальних атмосферних неоднорідностєй, які дають на записах содарів точкові відображення. Систематизовано типи содарних факсимільних записів, що їх отримано на границі суша-море. Для підвищення вірогідності інтерпретації даних содару притягувалися дані РАЗ. Базуючись на досвіді багатолітніх досліджень, викладено рекомендації щодо подальшого удосконалення систем комплексного зондування АПШ і методик їхнього використання.

Ключові слова: радіоелектронна система, радіоакустичне зондування, акустичне зондування, методика, бриз, локальні атмосферні неоднорідності.

АННОТАЦИЯ

Максимова Н.Г. Расширение функциональных возможностей радиоэлектронной системы комплексного вертикального зондирования атмосферного пограничного слоя. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.17 - радиотехнические и телевизионные системы. - Харьковский национальный университет радиоэлектроники, г. Харьков, 2002.

Диссертация посвящена рассмотрению путей расширения функциональных возможностей системы комплексного вертикального зондирования (СКВЗ) атмосферного пограничного слоя (АПС). Эта система включает в себя бистатическую аппаратуру радиоакустического зондирования (РАЗ), моностатический содар и комплект наземной метеоаппаратуры. Для достижения поставленной цели разработаны эффективные методики измерения с помощью аппаратуры РАЗ и системы в целом основных метеовеличин АПС и оценки турбулентного состояния этого слоя. Впервые предложена и практически реализована методика определения влажности воздуха методом двухчастотного РАЗ. Влажность при этом определяется по экспериментально измеренной разности коэффициентов поглощения звука на двух частотах. Сопоставляя эту величину с теоретической зависимостью ее от влажности, можно определить искомую величину влажности воздуха. Подробно изучено влияние дестабилизирующих факторов на точность определения различных метеовеличин и указаны меры по уменьшению этого влияния. Предложены две методики использования аппаратуры РАЗ в зависимости от состояния АПС: методика “трасса”, рекомендуемая к применению в условиях безразличного состояния АПС и горизонтальной скорости ветра до 1 м/с и методика "точка", рекомендуемая при расслоении АПС и при горизонтальной скорости ветра от 1 до 10 м/с. Отличие их состоит в том, что при использовании методики “точка” аппаратуру РАЗ настраивают на выполнение условия Брэгга поочередно на каждый высотный уровень, для которого производится зондирование АПС. Для каждой из этих методик разработаны алгоритмы и программы по обработке данных аппаратуры РАЗ при определении разных метеопараметров. Подробно изложены принципы и методика организации комплексного зондирования АПС. Эта методика учитывает достоинства и недостатки аппаратуры РАЗ и содара, их взаимодополняющие свойства. Аппаратура РАЗ позволяет с хорошей точностью измерять профиль температуры воздуха, а также, при определенных условиях, влажность и горизонтальную составляющую скорости ветра. С помощью содара можно получить картину турбулентности в АПС и вертикальную составляющую скорости ветра.

При комплексировании аппаратуры РАЗ с содаром появляется возможность: 1) оценить структуру турбулентности, при которой проводятся измерения метеовеличин; 2) при необходимости скорректировать данные аппаратуры РАЗ по температуре с учетом вертикальной составляющей скорости ветра, измеренной содаром; 3) правильно интерпретировать содарные данные о структуре турбулентности.

При комплексном зондировании АПС используются также данные наземной аппаратуры. Эти данные являются опорными для дистанционных измерений метеовеличин методом РАЗ и вспомогательными для корректной интерпретации данных содара. Предложенная комплексная методика эксплуатации СКВЗ существенно расширила ее функциональные возможности.

Эффективность предложенных методик подтверждена практически при экспериментальных исследованиях АПС с помощью СКВЗ в приморском регионе Украины. В ходе этих исследований изучена обстоятельно аэрологическая структура АПС при морских и береговых бризах. Впервые получены гистограммы распределения мощности бризов, высоты и мощности приземных и приподнятых слоев и другие характеристики АПС при бризах. Приведены усредненные профили температуры и ее градиента для обоих типов бризов. Детально рассмотрены условия появления в приморском районе локальных атмосферных неоднородностей (ЛАН), порождающих на содарных факсимильных записях (СФЗ) точечные отражения. Приведена зависимость их параметров (степени концентрации и предельной высоты расположения) от времени суток и сезона. Определены метеорологические условия, благоприятствующие образованию ЛАН. Выявлены наиболее характерные для причерноморья типы содарных факсимильных записей (СФЗ) и указано, какой структуре АПС соответствует та или иная картина на СФЗ. Существенным моментом при этом является то, что для физической интерпретации содарных данных привлекались данные РАЗ. Приведены диаграммы повторяемости основных групп СФЗ. Отмечено отличие повторяемости тех или иных групп СФЗ на границе суша-море от повторяемости аналогичных групп для сухопутного района.

Полученные результаты существенно пополнили базу данных об особенностях АПС в разных географических районах. Вместе с тем, они могут быть весьма полезными при решении экологических задач; задач, связанных с условиями распространения радиоволн; при решении вопросов обеспечения безопасности при взлете и посадке самолетов, различных аэрокосмических средств.

Важным результатом проведенных экспериментальных исследований является и то, что они позволили выработать рекомендации по дальнейшему усовершенствованию систем комплексного зондирования атмосферы и методик их эксплуатации.

Ключевые слова: радиоэлектронная система, радиоакустическое зондированне, акустическое зондированне, методика, бриз, локальные атмосферные неоднородности.

SUMMARY

Maksymova N.G. Enhancement of functional capabilities of the radioelectronic system intended for the complex vertical sounding of the atmosphere boundary layer - Manuscript.

Thesis for candidate's degree by speciality 05.12.17 - Radio Engineering and Television Systems. - Kharkiv National University of Radio Electronics, Kharkiv, 2002.

The thesis is devoted to the consideration of ways of functional capabilities enhancement of the radioelectronic system intended for complex vertical sounding of the atmosphere boundary layer (ABL). This system concludes the bistatic radioacoustical sounding system (RASS), monostatic sodar and ground-based meteorological sensors. To acheive the aim, procedures of determination with RASS of main meteorological parameters are developed. Among them is the procedure for humidity determination with double-frequency RASS realized first. The influence of destabilizing factors on the accuracy of ABL meteoparameters sounding is considered. A procedure of the ABL structure complex investigations with the entire system is developed, which takes into account complementary features of all the system components and essentially enhances its capabilities. As a result of measurements performed by the procedure, the novel information about the ABL breeze structure is obtained. Conditions of occurrence of local atmospheric inhomogeneities, which cause sodar dot echos, are revealed. Types of sodar records obtained nearby the land-sea boundary are systemized. In order to make the sodar data interpretation more credible, the RASS data were enlisted. Basing on many-year experience, recommendations as for improvement of ABL complex sounding systems and procedures of their use are given.

Key words: radioelectronic system, radioacoustic sounding, acoustic sounding, procedure, breeze, local atmospheric inhomogeneities.

Размещено на Allbest.ru