Пассивная радиолокация термической структуры атмосферного пограничного слоя тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.14, доктор технических наук Кадыгров, Евгений Николаевич

• Кадыгров, Евгений Николаевич
• доктор технических наук
• 2010

Оглавление диссертации доктор технических наук Кадыгров, Евгений Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Особенности измерения термического режима атмосферного пограничного слоя (АПС) методом и с применением микроволновой радиометрии.

1.2 Анализ требований к радиометрической аппаратуре и методике измерений, обеспечивающих измерение профилей температуры АПС с необходимыми точностными характеристиками.

1.3 Расчет коэффициента поглощения молекулярного кислорода на миллиметровых волнах, сравнение расчетных и экспериментальных данных.

1.4 Оценка потенциальных возможностей метода измерений профилей температуры АПС на базе использования сканирующего по углу места микроволнового радиометра с частотой в центре полосы поглощения молекулярного кислорода

60 ГГц.

1.5 Оценка влияния облаков и осадков, влияния парообразной влаги.

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА РАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРОФИЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ АПС.

2.1 Структурная схема измерительного комплекса, требования к его основным составляющим.

2.2 Разработка методики автоматизированных измерений и методов калибровок.

2.3 Весовые функции и оптимизация метода восстановления профилей температуры АПС по измеренным радиояркостным температурам.

2.4 Этапы разработки принципиальных схем основных узлов измерительного комплекса.

2.5 Макетирование, лабораторные и натурные испытания экспериментального и опытных образцов микроволнового профилемера.

2.6 Различные модификации температурных микроволновых профилемеров и анализ их потенциальных возможностей.

ГЛАВА 3 КОМПЛЕКСНЫЕ СРАВНЕНИЯ РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА И АППАРАТУРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ АПС С ДРУГИМИ СРЕДСТВАМИ ИЗМЕРЕНИЙ.

3.1 Сравнительный анализ измерительных средств, участвующих в комплексных сравнениях.

3.2 Анализ результатов комплексных сравнений (радиометрическая система, радиозонды, контактные датчики, установленные на высотных метеорологических вышках, привязных аэростатах, радио-акустическая система зондирования RASS, лидары).

3.3 Сертификация разработанной измерительной аппаратуры.

ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ

СТРАТИФИКАЦИИ АПС С ПОМОЩЬЮ МИКРОВОЛНОВЫХ ПРОФИЛЕМЕРОВ.

4.1 Исследование вертикальной структуры городского АПС и «острова тепла» над крупными городами.

4.2 Исследования термического режима АПС во время лесных пожаров под Москвой и во время прохождения урагана.

4.3 Исследование термического режима АПС над Антарктическим плато.

4.4 Исследование особенностей термического режима АПС во время полных солнечных затмений; в условиях сложной орографии горной местности; в аридном районе в жаркий период времени; над водными поверхностями.

ГЛАВА 5 ОПЕРАТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ МИКРОВОЛНОВЫХ ДИСТАНЦИОННЫХ ПРОФИЛЕМЕРОВ ДЛЯ УТОЧНЕНИЯ СВЕРХКРАТКОСРОЧНОГО ПРОГНОЗА МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ЯВЛЕНИЙ.

5.1 Визуализация данных, полученных микроволновыми профилемерами.

5.2 Идентификация термического состояния АПС и его динамики.

5.3 Анализ состояния атмосферного пограничного слоя.

5.4 Диагностика признаков изменения погодных условий и предикторов с целью уточнения сверхкраткосрочного прогноза метеорологических элементов и явлений.

ГЛАВА 6 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ВЫСОТЫ

ЗОНДИРОВАНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ КОНЦЕПЦИИ ПРИМЕНЕНИЯ НАЗЕМНЫХ РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ТЕРМИЧЕСКОЙ СТРАТИФИКАЦИИ АПС.

6.1 Результаты разработки экспериментального комплекса с повышенной высотой зондирования.

6.2 Концепция применения наземных радиометрических комплексов для мониторинга термической стратификации АПС на базе проведенных исследований.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пассивная радиолокация термической структуры атмосферного пограничного слоя»

Температура является важнейшим параметром при описании ряда процессов, происходящих в атмосфере: термический режим, циркуляция, волны и т.д. Не случайно наиболее распространенной является стратификация атмосферы по температурному признаку: тропосфера (0 15 км), стратосфера (15 55 км), мезосфера (55 -5- 85 км), термосфера (85 400 км), экзосфера (выше 400 км) [11]. В тропосфере в среднем температура убывает с высотой с вертикальным градиентом 6,5° С на 1 км. Однако в нижнем слое тропосферы довольно часто бывают метеорологические ситуации, когда температура на определенных высотах не убывает, а увеличивается с повышением высоты. Особенно часто это бывает в атмосферном пограничном слое (АПС) - от поверхности Земли до максимальных высот 1,0 -г 1,5 км, для которого определяющим фактором является турбулентное трение [11,19,88,99,122,131]. Исследования нижней тропосферы, или атмосферного пограничного слоя (АПС), расположенного между поверхностью Земли и свободной атмосферой, необходимы для целого ряда фундаментальных задач физики атмосферы и практической метеорологии и экологии. В АПС происходит обмен импульсом, теплом и влагой между подстилающей поверхностью (поверхностью суши и океана) и атмосферой [18,19,21,48,56,72,86,88,97,122,124,131]. При этом одним из важнейших метеорологических параметров АПС является температура и ее высотное распределение (термическая стратификация), характеризующее степень устойчивости состояния атмосферы. Указанный параметр широко используется в системах экологического мониторинга, контроля условий распространения радиоволн, прогноза опасных метеорологических явлений, исследованиях так называемого «острова тепла» - термического купола над крупными городами, в моделях переноса загрязняющих примесей [11,18,65,79,86,99,100,131]. Традиционно для измерения профилей температуры атмосферы использовались контактные датчики (термометры сопротивления, термисторы), поднимаемые на радиозондах, привязных и свободных аэростатах, самолетах, метеорологических ракетах, либо установленные на высотных метеорологических мачтах [11,60,79]. Их наиболее важным преимуществом является высокое вертикальное разрешение и относительная простота используемой аппаратуры. К недостаткам следует отнести отсутствие возможности проведения непрерывных измерений (кроме высотных метеорологических мачт), высокая стоимость эксплуатации, невозможность глобальных измерений и сложность введения различных радиационных поправок к данным датчиков температуры при наличии прямого солнечного излучения. В конце 50-х — 60-х гг. начали развиваться дистанционные методы исследования атмосферы, резким толчком к дальнейшему развитию которых было появление искусственных спутников Земли [10,13,23,27,29,61,64,79,158,159]. В зависимости от используемого диапазона волн эти методы подразделялись на инфракрасные, оптические, микроволновые и акустические. Идея восстановления профиля температуры по данным спутниковых наблюдений теплового инфракрасного излучения была впервые выдвинута в 1956 году [158]. Было показано, что угловое распределение интенсивности излучения является лапласовским преобразованием распределения интенсивности Планка как функции оптической глубины, и продемонстрирована возможность получения профиля температуры по данным спутниковых сканирующих измерений интенсивности. В 1959 году эта идея была развита в [159], при этом было показано, что вертикальный профиль температуры атмосферы можно получить из спектрального распределения ее излучения. Позднее стали появляться наземные дистанционные приборы: лидары, системы радиоакустического зондирования (RASS) [11,13,14,57,58,72,73,79,83,154].

Развитие получили и методы измерения температуры атмосферы, основанные на использовании радиодиапазона волн. Интенсивное развитие дистанционных радиофизических методов исследования земной атмосферы в последние четыре десятилетия связано, в первую очередь, с освоением микроволнового диапазона волн и возможностью использования результатов зондирования для изучения физико-химических параметров окружающей среды и метеорологии [5,14-16,29,49,61,78,79,101,103,107,154]. В системе дистанционных методов зондирования радиофизические методы имеют существенные преимущества, связанные с возможностью оперативного и непрерывного получения информации в любое время суток и практически при любых метеорологических условиях. Радиофизические методы по принципу действия подразделяются на активные (радарные, радиоакустические) и пассивные (обычно называемые радиометрическими) [2,6,10,79,109,117]. Радиометрические методы зондирования основаны на приёме собственного (теплового) радиоизлучения среды исследования и на взаимосвязи радиохарактеристик этого излучения (интенсивности, поглощения, поляризации) с физическими параметрами среды [14-16,78,79,169,197]. Особенностью микроволнового излучения земной атмосферы является чувствительность его характеристик к большому числу физико-химических параметров - температуре, влажности, водности облаков, давлению, газовому составу, параметрам турбулентности [14].

Первые работы по радиометрическому исследованию собственного излучения земной атмосферы относятся к 50-м - 70-м годам прошлого века [9,14,15,42,51,5255,75,87,101,123,137,136,163,169,176-178,197,198]. В них разработаны методы измерения поглощения радиоволн в атмосфере и получены первые сведения о поглощении радиоволн в кислороде и водяном паре. В то же время М. Микс и А. Лиллей выдвинули идею дистанционного определения профиля температуры атмосферы с использованием микроволновой линии поглощения кислорода [169]. В этих работах впервые сформулирована постановка обратной задачи дистанционного зондирования температуры атмосферы. Первые радиометрические приборы для измерения профилей температуры атмосферы были использованы на искусственных спутниках Земли [14,29,61,79]. В 70 - 80-х годах прошлого века в NOAA (Боулдер, США) и в СССР (НИРФИ, г. Н.Новгород; ИРЭ РАН, г. Москва), на фоне общего развития радиофизических методов исследования атмосферы были созданы экспериментальные образцы наземных радиометрических комплексов для измерения профилей температуры тропосферы, но они были сложными в обслуживании приборами, требующими трудоемких калибровок и высококвалифицированного персонала для проведения измерений, изготовлены были в единственном экземпляре и при этом не обладали необходимой чувствительностью для измерения профилей температуры АПС [1,14, 49,50,75,116,117,134,137]. Использовался частотный метод измерений на склоне полосы поглощения молекулярного кислорода, центрированной к длине волны 5 мм, что не обеспечивало необходимого вертикального разрешения при измерениях нижних слоев тропосферы. В это же время, как в нашей стране, так и за рубежом появился ряд теоретических работ, описывающих возможность измерений профилей температуры в АПС с использованием методов пассивной радиолокации [2,14,37,38,82,109,185,197]. Однако не удавалось реализовать эти рассуждения на практике из-за наличия серьезных специфических трудностей проведения таких измерений: необходимости измерений приращений в доли градусов на фоне мощного (300 К) излучения атмосферы в этом диапазоне, что требовало очень высокой чувствительности приемного радиотеплолокационного устройства; многообразия типов профилей температуры и их сильной изменчивости, что усложняло решение обратной задачи; высоких требований к форме диаграммы направленности приемной системы [22,37,38,72,145,149]. Измерительный прибор должен быть компактным, переносным, легко калибруемым и всепогодным. В 1989-1991 г.г. в рамках создания микроволнового радиометрического комплекса для измерения температуры стратосферы автором совместно со специалистами ИКИ РАН (И.А. Струков и его сотрудники) были успешно проведены измерения профилей температуры стратосферы с борта высотных аэростатов [25-28,62-64,146,195]. Основой комплекса был новый твердотельный компактный высокочувствительный микроволновый радиометр с рабочими длинами волн в районе 5 мм, экспериментальные технологии которого были взяты за основу создания наземного микроволнового радиометра для измерения профилей температуры АПС [25,28]. Учитывая специфически высокие требования к измерениям профилей температуры АПС по сравнению со стратосферой и тропосферой, необходимо было решить задачи по созданию высокочувствительных радиометров 5 мм диапазона с высокой стабильностью, сделать теоретические оценки достоверности получаемой информации, разработать методику автоматизированных измерений, проведения калибровок, разработать конструкцию метеозащиты аппаратуры для работы в широком диапазоне внешних температур и метеоусловий, преодолеть специфические трудности при решении обратной задачи по восстановлению температурных профилей, провести сравнения с традиционными средствами измерений, сертифицировать разработанную измерительную аппаратуру и обеспечить ее внедрение на наблюдательных сетях [72]. Все эти проблемы были успешно решены, что вносит свой вклад в дальнейшее развитие современных радиофизических методов и аппаратуры для исследования природной среды. Для измерений был выбран метод углового сканирования в максимуме полосы поглощения молекулярного кислорода [37,38,72,187]. Важным достоинством радиофизических методов исследования атмосферы является тот факт, что микроволновые измерения менее зависят от погодных условий и аэрозольной компоненты атмосферы в отличие от измерений в оптическом и инфракрасном диапазонах длин волн. В работе представлен результат комплекса теоретических, экспериментальных и опытно-конструкторских исследований, которые обеспечили создание и внедрение автоматизированной дистанционной всепогодной системы контроля термического режима атмосферного пограничного слоя (АПС) и получение новых уникальных данных о его особенностях в различных внешних условиях [30, 38, 45, 65, 72, 81, 85, 121, 125,140,145, 148,149, 150, 155, 157, 187, 201]. Проведены многочисленные сравнения новых дистанционных данных с традиционными методами измерений, что позволило сертифицировать разработанную аппаратуру в государственных органах [31, 66, 71, 145, 149, 181, 201]. Микроволновые температурные профилемеры внесены в государственный реестр средств измерений, и рекомендованы для использования на наблюдательной сети Росгидромета. Совместно со специалистами Гидрометцентра РФ разработаны Методические рекомендации по анализу данных профилемеров и их использованию в оперативной практике сверхкраткосрочного прогноза погоды и прогноза метеорологических явлений, утвержденные Центральной методической комиссией по прогнозам (ЦМКП) Росгидромета и внедренные на всех пунктах наблюдательной сети Росгидромета, оснащенных микроволновыми температурными профилемерами. Автоматизированный комплекс создан на базе разработанного в ходе данной многолетней работы уникального сканирующего микроволнового радиометра, работающего в центре полосы поглощения молекулярного кислорода (частота 60 ГГц или длина волны 5 мм). Измерительный комплекс обеспечивает непрерывность, мобильность и всепогодность измерений профилей температуры в АПС, что не давали традиционные методы измерений [22,31,32,60,68,70,72,142,145,147,149,153,154,155]. Благодаря этому с помощью микроволновых температурных профилемеров впервые получены уникальные данные о физических процессах в атмосфере: исследована вертикальная структура городского острова тепла и ее сезонные и межгодовые особенности [33,36,65,67,72,85,140,141,150,152,156]; получены непрерывные статистические данные о характеристиках температурных инверсий над крупнейшими городами Российской Федерации [65,67]; исследовано воздействие высоких концентраций аэрозоля на термическую стратификацию в городе и в пригороде [121,141]; исследованы особенности термической стратификации АПС над Антарктическим плато во все сезоны [68,125-127,151]; исследованы особенности термической стратификации АПС во время полных солнечных затмений, как на равнине, так и в горной местности [39,45,46,156]; исследовано влияние ветров ураганной силы на термическую стратификацию АПС [30, 102]; исследованы особенности термической стратификации АПС в береговой зоне о. Сахалин во время становления льдов в Охотском море [68,148]; исследована динамика термической стратификации АПС в разных синоптических ситуациях в аридном регионе в жаркий период времени [69,157]; исследованы особенности и закономерности термической стратификации в ущельях и долинах Альп и Кавказа [35,84,181].

Цель работы

Целью работы является разработка концепции построения и применения пассивной радиолокации для измерения профилей температуры в атмосферном пограничном слое, проведение комплекса теоретических, экспериментальных и опытно-конструкторских работ, которые должны обеспечить создание всепогодной автоматизированной системы контроля температурной стратификации в АПС на базе использования сканирующей по углу места радиометрической аппаратуры, работающей в центре полосы поглощения молекулярного кислорода земной атмосферы (длина волны 5 мм), а также применение разработанной аппаратуры для исследования особенностей термической стратификации АПС при различных внешних условиях.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие.задачи:

1. Провести теоретическое исследование потенциальных возможностей радиотеплолокационного метода, основанного на измерении собственного теплового излучения атмосферы с использованием сканирующего одночастотного микроволнового радиометра, работающего на частоте вблизи резонансного поглощения молекулярного кислорода (60 ГГц) с использованием опыта, накопленного в процессе создания и проведения лабораторных и натурных испытаний микроволнового радиометра для измерения температуры стратосферы с высотных аэростатов. Выбрать и обосновать оптимальную схему расчета коэффициента поглощения молекулярного кислорода в диапазоне 60 ГГц и провести его измерения на специально созданных экспериментальных установках, разработать методику проведения автоматических калибровок, провести оценку информативности сигналов на выходе радиометра, выбрать оптимальный метод решения обратной задачи и провести численный эксперимент по восстановлению профилей температуры нижней части тропосферы.

2. Разработать структурную схему измерительного комплекса, обосновать выбор его технических характеристик, оптимальные значения углов сканирования, оптимизировать конструкцию, обеспечивающую проведение измерений практически в любых метеорологических условиях, создать экспериментальный и опытные образцы измерительного комплекса.

3. Разработать несколько модификаций измерительных комплексов для измерения профилей температуры в АПС в различных условиях (стационарный, мобильный), разработать полярную версию прибора с возможностью проведения непрерывных измерений в условиях экстремально низких температур и имеющую более высокое вертикальное разрешение.

4. Провести сравнения данных созданных микроволновых профилемеров с традиционными методами: радиозондами, привязными аэростатами, датчиками на высотных метеорологических мачтах, лидарами, системами радиоакустического зондирования (11А88). Исследовать возможность повышения высоты зондирования.

5. С помощью разработанной микроволновой аппаратуры провести измерения вертикальной структуры острова тепла над Москвой, провести исследования особенностей термического режима в АПС в горной местности, над водной поверхностью, в аридных районах, во время полных солнечных затмений.

6. Разработать рекомендации по использованию данных разработанных микроволновых температурных профилемеров в оперативных подразделениях Росгидромета для анализа состояния устойчивости нижней атмосферы, уточнения краткосрочного прогноза погоды и прогноза опасных метеорологических явлений.

Особенно необходимо отметить, что нужно было провести сертификацию разработанных профилемеров в Росгидромете и в Государственном агентстве по техническому регулированию и метрологии, внести разработанный измерительный комплекс в Государственный реестр средств измерений и обеспечить внедрение на наблюдательной сети Росгидромета в рамках проведения ее технического переоснащения и модернизации.

Научная новизна

1. Впервые в мировой практике аэрологического зондирования на основе разработанной концепции построения и применения микроволновой радиометрии для термического зондирования атмосферного пограничного слоя теоретически обоснован и реализован дистанционный автоматизированный радиотеплолокационный комплекс, основанный на приеме сканирующим радиометром собственного теплового излучения атмосферы в центре полосы поглощения молекулярного кислорода 60 ГГц, обеспечивающий получение практически непрерывной круглосуточной информации о профилях температуры в АПС, по точности и достоверности не уступающий стандартному радиозондированию атмосферы и контактным датчикам, установленным на высотных метеорологических мачтах и привязных аэростатах.

2. Впервые на основе современных достижений радиоэлектроники и техники СВЧ создан серийный всепогодный температурный микроволновый профилемер, обеспечивающий в полностью автоматическом режиме практически непрерывные измерения профилей температуры в АПС, проведена его сертификация как средства измерения и обеспечено его внедрение на наблюдательных сетях, а также созданы его стационарная, мобильная и полярная версии.

3. Проведены впервые комплексные сравнения данных дистанционных автономно работающих микроволновых профилемеров для измерения профилей температуры в АПС с данными радиозондов, привязных аэростатов, датчиков на высотных метеорологических мачтах, аэрозольными лидарами и системами радиоакустического зондирования (КАЗБ), показавшие, что микроволновые профилемеры по точности не уступают традиционным методам, но обладают непрерывностью, мобильностью и всепогодностью.

4. С помощью специально разработанной полярной версии микроволнового температурного профилемера впервые получены непрерывные данные в течение года над Антарктическим плато, в том числе и в условиях экстремально низких температур (минус 78,5° С), что явилось вкладом в исследование катабатических ветров и динамики термического режима атмосферы в Антарктиде.

5. На основе данных синхронно работающих микроволновых профилемеров впервые детально изучена вертикальная структура городского острова тепла над крупным городом и ее суточная, сезонная и межгодовая изменчивость. Во время полных солнечных затмений впервые получены и детально проанализированы непрерывные синхронные данные о термическом режиме в АПС на разных высотах до, во время и после полной фазы затмения путем двухточечных синхронных измерений микроволновыми температурными профилемерами, показавшие различную динамику изменений температуры атмосферы для мест наблюдений с различной орографией. Созданные специальные версии микроволновых температурных профилемеров позволили получить новые экспериментальные данные об особенностях термического режима АПС в аридном регионе в жаркий период времени, в горной местности (ущелья, долины, возвышенности), над морской поверхностью вблизи береговой зоны во время экстремально сильных ветров, что используется при моделировании различных процессов в неоднородном АПС.

6. Совместно со специалистами ГМЦ РФ разработаны методические рекомендации по использованию данных микроволновых профилемеров в оперативной практике сетевых подразделений Росгидромета, что дает новые возможности в совершенствовании локального прогноза погоды и прогноза неблагоприятных метеорологических условий.

Практическая ценность работы

Разработанный в процессе выполнения диссертационной работы автоматизированный измерительный комплекс для дистанционного определения профилей температуры АПС был сертифицирован Государственным агентством по техническому регулированию и метрологии, внесен в Государственный реестр средств измерений, сертифицирован Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и рекомендован для использования на наблюдательной сети Росгидромета. Было организовано мелкосерийное производство микроволновых температурных профилемеров и в настоящее время они используются в оперативной работе отраслевых организаций Росгидромета в городах Москва, Санкт-Петербург, Н. Новгород, Арзамас, Казань, Ростов-на Дону, Уфа, Самара, Челябинск, Оренбург, Норильск, Новосибирск, Красноярск, Хабаровск. Данные этих комплексов используются для улучшения качества сверхкраткосрочного прогноза погоды, прогноза опасных метеорологических явлений, прогноза распространения загрязнений в крупных городах. С 2000 г. для исследования острова тепла над Москвой проводятся синхронные разнесенные измерения профилей температуры АПС с помощью трех профилемеров, один из которых установлен в центральной части Москвы (Красная Пресня), второй- в ближнем пригороде (г. Долгопрудный), третий - в фоновой зоне (г. Звенигород). Создан цифровой банк этих данных, используемый специалистами Гидрометцентра РФ и Бюро прогноза погоды по Москве и Московской области.

Разработанные температурные микроволновые профилемеры также успешно использовались в ряде международных и отечественных научных проектах: «TROICA» (Transcontinental Observation of the Chemistry of the Atmosphere Project), MAP (Mesoscale Alpine Program), GURME (Global Urban Research Meteorology and Environment Project) и других, a также при выполнении проектов РФФИ №№ 01-05-64138а, 05-05-65288а, 06-05-79001к, 06-05-65216а, 07-05-01080к, 07-05-00428а,07-05-1 ОООк, 08-05-00213а, 09-05-1000к.

Так как на настоящий момент разработанные нами автоматизированные измерительные комплексы по основным характеристикам измерений профилей в АПС не имеют аналогов в мире, и при этом имеют европейский сертификат качества, они также используются для метеорологических и экологических задач в США, Японии, Италии, Нидерландах, Франции, Испании, Южной Корее, Китае, Тайване.

Личный вклад автора в проведенные исследования

Диссертационная работа является результатом более чем 20-летних исследований автора. Вклад автора заключается в постановке и решении важной народно-хозяйственной задачи - создании принципиально новой аппаратуры для непрерывных дистанционных наблюдений за состоянием термического режима в АПС, теоретическом обосновании требований к автоматизированному микроволновому комплексу, обеспечивающему измерение профилей температуры в АПС с необходимой точностью и оперативностью, в разработке и создании экспериментального и опытных образцов радиотеплолокационных приборов, в проведении первых измерений и сравнений с данными привязных аэростатов. В разработке были также использованы работы автора по созданию микроволнового комплекса для измерения профилей температуры стратосферы с высотных аэростатов, по экспериментальному измерению коэффициента поглощения молекулярного кислорода на миллиметровых волнах и его зависимости от температуры. Автор непосредственно участвовал в проведении международных сравнений разработанных микроволновых дистанционных профилемеров с данными радиозондов и привязных аэростатов (Кардингтон, Англия, 1993 г., Долгопрудный, Россия, 1992-1996гг.), с данными датчиков высотных метеорологических мачт (Цукуба, Япония. 1994 г, Боулдер, США, 1996 г.; Обнинск, Россия. 1998г.), с данными привязных аэростатов (Рыльск, Россия, 1989 г.; Кардингтон, Англия, 1993г.; станция Покер Флат, Аляска, США, 1996 г.; Рим, Италия, 1998 г.); с данными радиоакустического зондирования (Боулдер, США, 1996-1997 г). Автор провел непосредственные измерения с помощью разработанной под его руководством аппаратуры, в том числе в полярных районах, в горных районах Кавказа и Швейцарских Альп, во время полного солнечного затмения, явился инициатором и одним из непосредственных исполнителей работы по исследованию вертикальной структуры городского острова тепла с помощью разнесенных синхронных измерений микроволновыми температурными профилемерами. Являясь руководителем научного коллектива, разрабатывающего современные дистанционные приборы, ряд работ был выполнен и опубликован лично автором, в то время как ряд других результатов экспериментальных исследований были получены и опубликованы как в соавторстве с сотрудниками подразделения, так и с сотрудниками других организаций, участвующих в совместных исследованиях.

На защиту выносятся:

1. Результаты теоретических расчетов, обосновывающих потенциальные возможности метода измерения профилей температуры АПС, основанного на измерении на разных углах собственного теплового излучения атмосферы в полосе частот, приходящихся на максимум поглощения молекулярного кислорода (60 ГГц). Обоснование оптимальной схемы расчета коэффициента поглощения молекулярного кислорода на миллиметровых волнах путем сравнения расчетных моделей между собой и с экспериментальными данными.

2. Разработка и создание автоматизированного микроволнового профилемера для практически непрерывных всепогодных измерений профилей температуры атмосферного пограничного слоя. Методические принципы измерения профилей температуры АПС. Методические рекомендации по использованию дистанционных данных.

3. Результаты сравнений данных микроволновых температурных профилемеров с данными радиозондов, привязных аэростатов, датчиков на высотных метеорологических мачтах, лидарами и радио акустическими системами (ИАЗБ). Результаты расчетов и экспериментов, показавших возможность расширения информационных возможностей микроволнового измерительного комплекса в части улучшения вертикального разрешения, максимальной высоты зондирования и возможности работы в более широком диапазоне внешних температур.

4. Результаты круглогодичных измерений термического режима АПС над Антарктическим плато, полученные с помощью полярной версии микроволнового температурного профилемера.

5. Результаты измерений вертикальной структуры городского острова тепла над Москвой и ее суточной, сезонной и межгодовой изменчивости, полученные на основе данных микроволновых температурных измерений. Результаты многолетних натурных измерений, полученных в различные сезоны, различных климатических условиях, в горной местности, во время полных солнечных затмений, над морской поверхностью, в аридной местности, показывающие широкие возможности разработанных дистанционных комплексов как в практике сверхкраткосрочного прогноза погоды, прогноза опасных метеорологических явлений, так и для исследования и моделирования физических процессов, протекающих в атмосфере.

6. Концепция построения системы мониторинга термической стратификации АПС на основе использования пассивной радиотеплолокационной системы.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на: 2-й (Фрунзе, 1986), 3-й (Харьков, 1989), 4-й (Нижний Новгород, 1991) Всесоюзных школах-симпозиумах по распространению миллиметровых и субмиллиметровых волн в атмосфере; 7-м Всесоюзном совещании по радиометеорологии (Суздаль, 1986); 16-й, 20 и 22 Всесоюзных конференциях по распространению радиоволн (Харьков, 1990; Н. Новгород, 2002, п. Лоо, 2008.); Всероссийских конференциях "Применение дистанционных радиофизических методов в исследовании природной среды" (Ереван, 1990, Муром, 1992, Муром, 1999; Муром, 2009); Международном симпозиуме "Распространение радиоволн и дистанционное зондирование (Равенскар, Великобритания, 1992); Конференциях Всемирной метеорологической организации (\\^МО) по метеорологии и исследованию природной среды (ТЕСО-94, Женева; ТЕСО-98, Касабланка; ТЕСО-2000, Пекин, Китай; ТЕСО-2004, Братислава, Словакия; ТЕСО-2005, Бухарест, Румыния;

ТЕСО-2006, Женева, Швейцария; ТЕСО-2008, Санкт-Петербург, Россия); 21-й Генеральной ассамблее международного союза по геодезии и геофизике (Боулдер, США, 1995); 25-й Генеральной ассамблее международного геофизического союза (Лиль, Франция, 1996); Международном симпозиуме "Прогресс в электромагнитных исследованиях" (Р1Е118-96, Инсбрук, Австрия, Р1ЕЫ8-2009,Москва); Международном симпозиуме по атмосферной радиации "Текущие проблемы в атмосферной радиации" (Файрнбэнкс, Аляска, США, 1996; Санкт-Петербург, 2000); Международных симпозиумах по радиационным измерениям (АЯМ-96, Сан-Антонио, США; А11М-97, Сан-Антонио, США; А11М-98, Туксон, США, АБ1М-99, Сан-Антонио, США); Международном симпозиуме "Гидрометеорология - наука и практика, современность и перспектива" (Санкт-Петербург, 1997); Международной ассамблее Международного союза по метеорологии и атмосферным наукам (1АМА8-1АР80, Мельбурн, Австралия, 1997); Международном симпозиуме по геофизике и дистанционному зондированию (ЮАК88'97, Сингапур, 1997); Международном симпозиуме "Симпозиум по тропосферным профайлерам" (Колорадо, США, 1998); Международной конференции по микроволновой радиометрии и дистанционному зондированию окружающей среды (МИАО, Флоренция, Италия, 1999; Боулдер, США, 2001); Международном симпозиуме «Дистанционное зондирование атмосферы, Синдай, Япония, 2000; 5-й и 6-й и 7-й Международных конференциях по климату городов (Лодзь, Польша, 2003, Гетеборг, Швеция, 2006; Йокогама, Япония, 2009); Всероссийской конференции «Россия в Антарктике» (Санкт-Петербург, Россия, 2006); Международном симпозиуме «Физика атмосферы - наука и образование» (Санкт-Петербург,2007); 11-й, 14-й и 15 Рабочих группах «Аэрозоли Сибири (Томск, 2004, 2007, 2008,2009); Всероссийской конференции «Исследование процессов в нижней атмосфере при помощи высотных сооружений» (Обнинск, Россия, 2008), а также на научных семинарах ЦАО, ИКИ РАН, ИРЭ РАН, НИРФИ, ИФА РАН, Центра дистанционного зондирования Метеорологической службы Великобритании (Фарнборо, 1993), Института исследования окружающей среды (Торонто, Канада, 1993), Национального института исследования окружающей среды (Цукуба, Япония, 1994), физического факультета Римского университета (Рим, Италия, 1996), Лаборатории исследования окружающей среды Национального агентства США по исследованию океана и атмосферы (Боулдер, США, 1996-1997), Института исследования климата (Цюрих, Швейцария, 1999).

По теме диссертации автором опубликовано более 150 работ, в том числе 1 изобретение и 52 рецензируемых журнальных статьи, явившихся основой данной диссертационной работы (как в отечественных журналах- Доклады Академии наук; Ивестия РАН.Физика атмосферы и океана; Известия ВУЗов. Радиофизика; Исследование Земли из космоса, Успехи современной радиоэлектроники; Вопросы радиоэлектроники; Оптика атмосферы и океана; Метеорология и гидрология, так и в зарубежных: Radio Science; IEEE Trans, on Geoscience and Remote Sensing; Journal of Atmospheric and Oceanic Technology; Indian Journal of Radio and Space Physics; Japanese Journal of Applied Physics; Meteorological Applications; Theoretical and Applied Climatology; Bulletin of the American Meteorological Society).

Заключение диссертации по теме «Радиолокация и радионавигация», Кадыгров, Евгений Николаевич

ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТРАТИФИКАЦИИ АПС С ПОМОЩЬЮ МИКРОВОЛНОВЫХ ПРОФИЛЕМЕРОВ

4.1 Исследование вертикальной структуры городского АПС и «острова тепла» над крупными городами

В последнее время большое внимание уделяется вопросам антропогенного влияния человека на окружающую среду. В частности, большое количество публикаций посвящается климату городов [18-21,36, 65. 89, 99]. Впервые на особенности различия температурного режима города и окружающей его местности ещё в 1833 г. обратил внимание англичанин Люк Ховард, когда вышла его книга под названием «Климат Лондона по данным метеорологических наблюдений» [99]. Там, в том числе, приведены данные метеорологических наблюдений за приземной температурой, которые указывают на разность приземных температур между городом и пригородом, более слабую циркуляцию и пониженную по сравнению с пригородом влажность воздуха в городе. Одним из самых заметных эффектов, который оказывает город на приземный слой воздуха, является повышение температуры АПС по сравнению с пригородом. Это явление получило название «городского острова тепла» (ГОТ) [99]. Строительство городов относится к так называемым антропогенным изменениям окружающей среды, то есть являются косвенными последствиями деятельности человека. С появлением городов связаны прежде всего изменения характеристик подстилающей поверхности, таких как альбедо и шероховатость. Изменение альбедо подстилающей поверхности меняет радиационный баланс городского пограничного слоя атмосферы и поверхности Земли. Это в большинстве случаев приводит к увеличению температур в нижней тропосфере, поскольку подстилающая поверхность города состоит в основном из крыш и дорог.

Исследования ГОТ проводятся практически во всех странах мира, однако ведется мониторинг разности только приземных температур город-пригород. Ученые и исследователи, изучающие различные аспекты городского климата и влияния городов на его изменения, создали международную организацию ЮиС и регулярно обмениваются полученными результатами на симпозиумах и доступном сайте http://vsww.urban-climate.org/ Результаты исследований климата городов представлены в многочисленных зарубежных публикациях [99, 131, 140, 181]. Помимо большого общественного и научного интереса знание термической структуры и её взаимодействие с другими характеристиками воздуха необходимо для анализа экологической обстановки, прогноза погоды, неблагоприятных и опасных метеорологических условий и т.п. Количественные оценки интенсивности и изменчивости ГОТ в мегаполисе, а также вертикальных градиентов температуры в приземном слое могут быть использованы для верификации мезомаештабиых численных моделей атмосферы. Основная дискуссия ведется на предмет оценки вклада отдельных факторов в формировании ГОТ. При этом большой интерес представляют исследования вертикальной структуры ГОТ [65,99]. Проводились многочисленные попытки таких измерений, в основном с использованием лидаров и радиоакустического зондирования RASS [36,65,154]. Однако с помощью лидара трудно получить длинные ряды данных из-за ограничений по метеоусловиям, RASS сложно использовать внутри городов из-за воздействия акустических сигналов на население и сильный уровень помех от городских шумов [154].

Всех этих недостатков лишен разработанный нами микроволновый температурный профилемер, с помощью которого удалось получить уникальные данные о вертикальной структуре ГОТ и её пространственной неоднородности. Эти результаты вызвали большой интерес у мировой научной общественности, были доложены более чем на 10 международных и всероссийских конференциях и опубликованы в ведущих журналах, как нашей страны, так и зарубежных: Доклады Академии наук, Известия РАН, Физика атмосферы и океана, Оптика атмосферы и океана, Метеорология и гидрология, Radio Science, SPI-Optical Technologies of Atmospheric, Ocean and Environmental Studies, Theoretical and Applied Climatology [33, 36, 65, 67, 68, 72, 85, 121, 140, 141, 149, 150, 152, 156]. В частности, с 1999 г в рамках проекта Всемирой метеорологической организации GURME (Global Urban Research in Meteorology and Environment) проводятся исследования вертикальной структуры ГОТ над Москвой с помощью синхронных данных трех микроволновых радиометров МТП-5 [65]. Один из них был установлен в центре города (Красная Пресня), второй - в ближнем пригороде (г. Долгопрудный), третий - в невозмущенной зоне (г. Звенигород).

Рисунок 4.1 - Схема расположения микроволновых температурных профилемеров по проекту GURME

Приборы обеспечивали измерения профилей температуры атмосферы в диапазоне высот 0-600 м с вертикальным разрешением 50 м и погрешностью измерений 0,5°С. Для центра Москвы впервые получены статистические характеристики термического поля нижней тропосферы. Основной вывод: в течение всего года состояние АПС близко к неустойчивому, а ухудшение условий вертикального обмена носит кратковременный характер. Впервые получены количественные трехмерные характеристики ГОТ над Москвой. Интенсивность ГОТ в приземном слое может достигать 5-10 °С, что сравнимо с контрастами температуры в зоне атмосферных фронтов; на высотах 200-300 м в городе часто температура на 2-3 °С выше, чем в окрестности. Имеется выраженная сезонная и суточная трансформация острова тепла. Экспериментально подтверждено наличие еще одного из механизмов самоочищения воздушного бассейна города - городской циркуляции по типу бриза. Получены принципиально новые характеристики инверсий в центре большого города. На рисунке 4.2 показаны результаты измерений характеристик инверсий температуры в трех точках измерений. Видно, что в лесном массиве (Звенигород) мощность ночных температурных инверсий существенно больше, чем в ближнем пригороде (Долгопрудный) и особенно чем в центре города (Красная Пресня). Это связано с различием подстилающей поверхности и наличием городского бриза, когда более холодный воздух пригорода натекает на город.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведения данной многолетней работы разработана концепция построения и применения микроволновой радиометрии для термического зондирования атмосферного пограничного слоя, проведен комплекс теоретических, экспериментальных и опытно-конструкторских работ, которые обеспечили создание всепогодной радиотеплолокационной автоматизированной системы контроля температурной стратификации в АПС и ее использование для исследования различных процессов в атмосфере. Решена важная народнохозяйственная задача-мониторинг термической стратификации АПС в больших городах и вблизи крупных промышленных объектов. Разработанный измерительный комплекс обеспечивает в автоматическом режиме измерение профилей температуры в АПС в диапазоне высот от поверхности Земли до высоты 600 метров (версия «Н») и 1000 м (версия «НЕ») с выдачей профилей температуры каждые 120 с погрешностью 0.5° С с вертикальной шкалой выдачи данных 50 м. Для этого:

1 Проведено теоретическое исследование потенциальных возможностей метода, основанного на измерении собственного теплового излучения атмосферы с использованием сканирующего одночастотного микроволнового радиометра, работающего на частоте вблизи резонансного поглощения молекулярного кислорода (60 ГГц), созданного с использованием заделов по созданию микроволнового радиометра для измерения температуры стратосферы с высотных аэростатов. Определены основные требования к измерительному комплексу: приведенная чувствительность радиометрического приемника должна быть не хуже 0.08 К, оптимальное число углов наблюдения - 11, ширина диаграммы направленности антенны по уровню половинной мощности 2.5 уровень боковых лепестков не более - 25 дБ, центральная частота 60,4 ГГц с полосой анализа 4 ГГц (версия Н) или 56,6 ГГц с полосой анализа 450 МГц (версия НЕ). Расчеты показали, что использование данных микроволнового профилемера увеличивает точность задания профиля температуры в АПС по сравнению с данными климатической модели почти на порядок. Путем расчетов по известным моделям Ван Флека-Вейскопфа, Лама, Наумова-Жевакина и Розенкранца и проведения экспериментальных измерений на спектрометрической и дисперсионной установках для расчета коэффициента поглощения молекулярного кислорода выбрана модель расчета Розенкранца с учетом интерференции спектральных линий в полосе О2, центрированной к длине волны 5 мм, как обеспечивающая необходимую точность при простоте и оперативности расчетов.

2 Разработаны структурная и принципиальные схемы измерительного комплекса, в качестве приемника излучения выбран модуляционный радиометр в двух модификациях - по супергетеродинной схеме («Н» версия) и по схеме приемника прямого усиления с СВЧ усилителем на входе («НЕ» версия), обоснован выбор его технических характеристик. В качестве сканирующего устройства используется шаговый двигатель, управляющий вращающимся параболическим зеркалом-отражателем и оптические датчики его положения. Зеркало защищено радиопрозрачным тефлоном, внутри корпуса прибора установлены вентиляторы и нагреватели, режим работы которых автоматически меняется в зависимости от температуры окружающей среды, что обеспечивает возможность работы прибора в диапазоне внешних температур минус 40°С - +40 °С. Разработанное микропроцессорное устройство обеспечивает прием и оцифровку данных радиометра, управляет работой сканирующего устройства, обеспечивает прием информации со вспомогательных датчиков температуры, измеряющих температуру внутри прибора, температуру внутри радиометрического блока, температуру внешней среды. Программное обеспечение обеспечивает прием информации, проведение автоматических калибровок, управление и контроль работой сканирующей системы, восстановление профилей температуры, составление таблицы с данными о профилях температуры атмосферы, непрерывный контроль основных технических параметров прибора и качества измерительной информации, визуализацию данных в виде высотных графиков профилей температуры, временного хода температуры на разных высотах и динамики временных изменений полей температуры. Разработана методика проведения автоматических калибровок с использованием измерения собственного теплового излучения атмосферы в горизонтальном направлении и опорного датчика температуры. В качестве оптимального метода восстановления профилей температуры АПС был выбран метод статистической регуляризации с использованием матриц априорной информации как обладающий устойчивостью решения и достаточной точностью восстановления.

3 Созданы экспериментальный и опытные образцы микроволновых профилемеров для измерения профилей температуры АПС. Микроволновый температурный профилемер является компактным, легко устанавливаемым прибором весом 16 кг и потребляемой мощностью 40 Вт, работающим в автоматическом режиме без участия человека и необходимости в каких-либо расходных материалах. Разработано несколько разновидностей измерительных комплексов для измерения профилей температуры АПС в различных условиях : версия «Н» с высотой зондирования до 600 м, версия «НЕ» с высотой зондирования до 1000 м, версия «П»-полярная, с возможностью работы при температуре окружающей среды до минус 80° С и повышенным вертикальным разрешением на нижних 100 м от поверхности земли, версия «М» - мобильная, имеющая повышенную вибростойкость, автоматическую наводку на линию горизонта, оборудованную навигационным приемником и устанавливаемую на легковом автомобиле.

4 Проведены успешные международные и ведомственные сравнения данных созданных микроволновых профилемеров с традиционными методами: радиозондами, привязными аэростатами, датчиками на высотных метеорологических мачтах, лидарами, системами радиоакустического зондирования (RASS). Сравнения показали, что по точности дистанционные данные не уступают контактным, при этом обладают непрерывностью и мобильностью измерений. Среднеквадратические отклонения при всех видах сравнений не превышали Io С, при этом всегда характер устойчивости атмосферы идентифицировался правильно.

5 Проведены измерения вертикальной структуры острова тепла над Москвой на основе данных микроволновых профилемеров и сделан анализ его суточной, сезонной и межгодовой изменчивости. Данные используются при построении и валидации различных моделей городского климата и позволяют делать оценки степени антропогенного влияния деятельности человека на атмосферу и используются в ГМЦ РФ, Мосэкомониторинге и Бюро прогноза погоды по Москве и Московской области. Впервые получены количественные трехмерные характеристики острова тепла над Москвой и их сезонной и межгодовой изменчивости.

6 Впервые проведены с помощью разработанной полярной версии микроволнового профилемера уникальные круглогодичные измерения профилей температуры АПС на станции Конкордия, расположенной на Антарктическом плато, где температура опускалась иногда до минус 78° С. Отказов аппаратуры за все время наблюдений не было. Полученные данные использовались как составная часть исследований метеорологического режима Антарктиды и исследования природы катабатических ветров. Типичным зимним профилем был профиль в виде «клюшки»:приземная температура менялась от минус 50° С до минус 78,8° С, далее линейное повышение температуры с высотой (с глубиной инверсии температуры до минус 20° С) до высот 100-150 м, затем практически изотермический профиль до максимальной высоты зондирования 9 600 м. При возникновении редких циклонов характер профиля температуры резко менялся, глубина инверсии уменьшалась, на высотах более 200 м температура начинала понижаться с высотой.

7 С помощью разработанной микроволновой аппаратуры впервые получены количественные характеристики изменчивости температуры АПС во время полных солнечных затмений (2006 г., район г. Кисловодска; 2008 г., Новосибирск). Проведены исследования особенностей термического режима АПС в горной местности (ущелья, долины и возвышенности в Швейцарских Альпах и на Кавказе), над водной поверхностью (в прибрежной зоне г. Новороссийска, в том числе во время экстремально сильных ветров -«боры»), в аридных районах (в районе Черные Земли Калмыкии в жаркий период времени), во время полных солнечных затмений (2006 г., район г. Кисловодска; 2008 г., Новосибирск), во время прохождения урагана в Москве. Полученные данные использовались при создании и валидации моделей неоднородного АПС, при анализе природы катабатических ветров, в проблеме анализа опустынивания земель из-за влияния хозяйственной деятельности человека, в задачах исследования атмосферной радиации.

8 Совместно со специалистами ГМЦ РФ были разработаны Методические рекомендации для оперативных подразделений Росгидромета по использованию данных микроволновых профилемеров для уточнения краткосрочного прогноза погоды, прогноза опасных метеорологических явлений (туман, гололед, заморозки на почве и т.п.), утвержденные Центральной методической комиссией по прогнозам Росгидромета. Данные можно также использовать для диагностики признаков погодных условий и предикторов по выявлению признаков изменения погодных условий, например, интенсивная турбулентность ночью, инверсии температуры и их динамика, аномалии суточного хода АПС, ночная неустойчивость АПС.

9 Проведена сертификация разработанного измерительного комплекса в Госстандарте России (сертификат № 5539 1Ш.С.32.002.А от 1 октября 1998 г., в Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии (сертификат № 30387 11.и.С.32.002.А от 13 февраля 2008 г), прибор зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под № 17795-98 и допущен к применению в Российской Федерации. Решением ЦКПМ Росгидромета от 05 февраля 2004 г. № Р/04/0015/100/С измерительный комплекс получил Свидетельство Росгидромета (зарегистрировано в ведомственном реестре под № 0015.100) и допущен к применению при проведении работ в области гидрометеорологии и смежных с ней областях, мониторинга окружающей среды, ее загрязнения. На момент начала 2009 г. новыми микроволновыми температурными профилемерами в рамках модернизации наблюдательной сети оснащены подразделения Росгидромета в г.г. Москва, Санкт-Петербург, Оренбург, Н.Новгород, Арзамас, Уфа, Казань, Ростов-на-Дону, Самара, Норильск, Новосибирск, Красноярск, Челябинск, Хабаровск.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Кадыгров, Евгений Николаевич, 2010 год

1. Алешин В.И., Наумов А.П., Плечков В.М., Сумин М.И., Троицкий A.B. Определение высотного профиля температуры по наземным радиометрическим измерениям атмосферного излучения // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1977. Т. 20. № 2. с. 198.

2. Александрова Т.В., Плечников В.М., Станкевич К.С. Периодические изменения радиояркости неба в линии водяного пара на границе суша-моря.// В кн. Радиометеорология. Труды VII Всесоюзного совещания. 1989, Ленинград, Гидрометеоиздат, с.44-46.

3. Аквилонова А. Б., Кутуза Б.Г. . Радиотепловое излучение облаков // Радиотехника и электроника, 1978, т. 23, № 9, с. 1792.

4. Альтман Дж.Л. Устройства сверхвысоких частот.// 1968, Москва, Издательство « Мир», с.487.

5. Александрова Т.В., Плечков В.М., Станкевич К.С. Радиотеплолокационное зондирование внутренних гравитационных волн в атмосфере.//Тез. докл. 16-й Всес. Конференции по распространению радиоволн. 1990, Харьков, ч.2., с.279.

6. Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ : основы теории и примеры применения.// 1996, УФН, т. 166, № 11, с.1145-1170.

7. Айвазян Г.М. Распространение миллиметровых и субмиллиметровых волн в облаках.// Справочник. Под ред. Г.Г. Щукина. 1991, Ленинград, Гидрометеоиздат, с. 480.

8. Арманд H.A. Дистанционные методы изучения земной поверхности и атмосферы Земли в СВЧ диапазоне радиоволн.//Исследование Земли из космоса, 1980,№ 1, с.95-105.

9. Атмосфера. Справочник (справочные данные, модели).// Под ред. Ю.С.Седунова, С.И. Авдюшина, Е.П. Борисенкова, O.A. Волковицкого, H.H. Петрова, Р.Г. Рейтенбаха, В.И. Смирнова, А. А. Черникова. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1991, с. 509.

10. Баранов A.M., Богаткин О.Г., Говердовский В.Ф., Еникеева В.Д. Авиационная метеорология. //1992, Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, с.347.13