Активное и пассивное микроволновое зондирование атмосферы и искусственных сред

Моченева, Ольга Станиславовна

Активное и пассивное микроволновое зондирование атмосферы и искусственных сред тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Моченева, Ольга Станиславовна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Нижний Новгород МЕСТО ЗАЩИТЫ

2008 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Активное и пассивное микроволновое зондирование атмосферы и искусственных сред»

Автореферат диссертации на тему "Активное и пассивное микроволновое зондирование атмосферы и искусственных сред"

На правах рукописи

МОЧЕНЕВА Ольга Станиславовна

АКТИВНОЕ И ПАССИВНОЕ МИКРОВОЛНОВОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ АТМОСФЕРЫ И ИСКУССТВЕННЫХ СРЕД

01.04.03 - радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

02 О ИТ 2008

Нижний Новгород - 2008

003447725

Работа выполнена в Институте прикладной физики Российской академии наук (г. Нижний Новгород)

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук М.Д. Токман

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук В.Г. Гавриленко;

кандидат физико-математических наук, К.И.Рыбаков

Ведущая организация:

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Защита состоится 27 октября 2008 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д002.069.02 в Институте прикладной физики РАН (603950, г. Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной физики РАН

Автореферат разослан » сентября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор Ю.В.Чугунов

Общая характеристика диссертации

Предмет исследования и актуальность темы. За последние полвека наблюдались значительные изменения в состоянии окружающей среды как локального, так и глобального характера (к последним принято относить, главным образом, образование «озонной дыры» в полярных областях и глобальное потепление). Необходимость формирования концепций охраны окружающей среды в современных условиях является мощной мотивацией для развития новых методик мониторинга атмосферы.

Исключительно важным не только для глобальных проблем экологии, климатологии, метеорологии, но и для обеспечения безопасности полетов и предсказания условий радиосвязи является развитие эффективных методов не только контактной, но и дистанционной диагностики атмосферных объектов. При этом особое внимание уделяется таким методам бесконтактного определения параметров среды, которые обеспечивают возможность получения необходимых данных с весьма высокой оперативностью и на значительных пространственных масштабах, т.е. методам, которые могли бы не только дать оперативную количественную информацию об изменении состояния атмосферы, но и выявить динамику этих изменений. Примерно с 70-х годов 20 века стало понятно, что контроль наблюдательного типа весьма эффективно и при умеренной стоимости может осуществляться с помощью микроволнового зондирования. Целый ряд особенностей этого диапазона делают его весьма привлекательным для организации мошгго-ринга атмосферы как активными, так и пассивными методами.

В микроволновом диапазоне [1] присутствуют линии вращательных переходов большого количества атмосферных газов. Наиболее мощные из них принадлежат основным составляющим атмосферы - кислороду и водяному пару. Однако наибольший диагностический интерес представляют линии т.н. малых газовых составляющих атмосферы (МГС), которые, несмотря на небольшую концентрацию (единицы молекул МГС и менее па миллион молекул воздуха), играют исключительно важную роль в радиационных и химических процессах в атмосфере. Присутствие в микроволновом диапазоне линий МГС, значительно более сильных, чем в других диапазонах, позволяет организовать непрерывный мониторинг состояния малых атмосферных составляющих путем регистрации их собственного излучения. Одной из наиболее важных МГС атмосферы является озон - единственный атмосферный газ, способный поглощать солнечное ультрафиолетовое излучение в области 250-300 нм. Измерения общего содержания озона (ОСО) в столбе атмосферы ведутся уже несколько десятилетий на сети озо-нометрических станций, расположенных в разных частях земного шара, включая Антарктиду, а с 70-х годов и со спутников. Однако детальное изучение глобальной и локальной изменчивости озона требует проведения длительных измерений не только общего содержания, но и вертикального распределения концентрации озона (ВРО), которые не могут быть обеспе-

чены прямыми измерениями с помощью приборов, поднимаемых на ракетах и аэростатах, из-за высокой стоимости, а следовательно - редкости запусков, тогда как спутниковые измерения дают непрерывную информацию о вертикальных распределениях озона, но при слишком больших пространственных масштабах усреднения. В этой связи представляет интерес дистанционный метод микроволновой спектроскопии. Исследования стратосферного озона методом пассивной микроволновой спектроскопии уже в течение многих лет интенсивно проводятся в Институте прикладной физики Российской академии наук. Актуальная задача извлечения информации о высотных профилях концентрации озона из данных микроволновых измерений линии излучения (поглощения) требует анализа возможностей некоторых существующих методик восстановления. В частности, важно проанализировать эффективность методик «оперативного» восстановления, т.е. пригодных в экспедиционных условиях, либо в качестве предварительного экспресс-анализа перед реализацией более сложных методик, требующих существенно больших затрат машинного времени.

Перспективность активного зондирования в миллиметровом диапазоне длин волн (особенно коротковолновой его части) для исследования водных и кристаллических облаков (в широком диапазоне параметров), плотных аэрозолей городского воздушного бассейна и др. [2] в последние десятилетия также стала очевидной. Это связано с сильной частотной зависимостью рэлеевского рассеяния на облачных и аэрозольных частицах, вследствие чего микроволновый метеорадар гораздо чувствительнее традиционных более длинноволновых приборов к размерам, форме и другим характеристикам облачных частиц. И хотя излучение миллиметрового диапазона обладает гораздо меньшей проникающей способностью, чем излучение дециметрового и сантиметрового диапазона, но в силу слабой дифракционной расходимости излучения в миллиметровом диапазоне при зондировании может быть достигнуто весьма высокое пространственное разрешение. Эти особенности привели к расширению класса задач, которые могут быть решены с помощью активного дистанционного зондирования с использованием миллиметровых волн. Одной из таких прикладных задач может стать предотвращение поражения самолетов атмосферно-электрическим разрядом, для чего основное значение имеет диагностика не только зон активных грозовых облаков (эти зоны неплохо диагностируются), но и т.н. электрически активных зон атмосферы [3], где развития грозовой деятельности еще не произошло. Активное зондирование облачности в миллиметровом диапазоне длин волн, дающее существенную информацию об объемном рассеянии в толще облака, представляется весьма многообещающим для определения требуемых параметров. В этой связи анализ ряда физических и технических аспектов микроволнового мониторинга атмосферы с использованием рассеяния мощного излучения миллиметрового диапазона волн на частицах облаков и аэрозолей, выполненный в рамках диссертации, представляется важным и актуальным.

Цель работы: анализ ряда физических и технических аспектов активного и пассивного зондирования атмосферы в микроволновом диапазоне, а также применение некоторых разработанных методик для исследования рассеяния в искусственных средах.

Научная новизна работы

1. Предложен новый метод оперативного определения распределения озона по высоте путём анализа интегральной интенсивности линии излучения в полосе с переменной границей интегрирования.

2. В рамках модельных расчетов подробно проанализированы возможности методик определения общего содержания озона и его распределения по высоте на основании данных микроволнового зондирования (метод Ран-деггера и метод анализа интегральной интенсивности в полосе с переменной границей интегрирования). Показано, что данные методики, преимуществом которых являются простота и оперативность, могут служить основой анализа результатов наблюдений для высот более 22 км в реальном масштабе времени.

2. Предложен эффективный и наглядный способ анализа данных поляризационных измерений, основанный на построении универсальной дспо-ляризационной диаграммы, связывающей данные поляризационных измерений с преимущественной ориентацией частиц.

4. Показана принципиальная важность учёта эффекта объёмного рассеяния микроволн на структурных неоднородностях CVD-алмазов для корректной интерпретации измерений омических потерь методом внутрирезо-наторной спектроскопии в алмазных окнах для вывода излучения.

Методы и подходы, используемые в диссертации

В диссертации использованы аналитические и численные методы классической электродинамики, в частности, методы теории рассеяния волн на ансамблях дискретных рассеивателсй и теории взаимодействия квазиравновесного излучения с плавно неоднородной средой.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 10 статей в научных журналах (в том числе 1 электронный), 4 препринта, 1 отчет, 13 статей в сборниках и трудах конференций, 9 тезисов докладов.

Результаты докладывались на III Всесоюзной школе-симпозиуме по распространению мм и субмм волн в атмосфере (Харьков, 1989), IV Всесоюзной школе по распространению мм и субмм волн в атмосфере (Н.Новгород, 1991), конференции «Применение дистанционных методов в исследованиях природной среды» (Ереван, 1991), Международной конференции «Электродинамика и состав мезосферы» («Electrodynamics and Composition of Mesosphere») (Нижний Новгород, 1992), 19-й Европейской Конференции по исследованиям атмосферы оптическими методами (Киру-на, Швеция, 1992), Международном симпозиуме «Физика и техника миллиметровых волн» (Харьков, Украина, 1994), Конференции молодых ученых по проблеме "Атмосферный озон" (Москва, 1995), 7-м Симпозиуме комиссии F URSI (Ахмедабад, Индия, 1995), VII Всероссийской школе-семинаре "Физика и применение микроволн" (Красновидово Моск. обл., 1999), 1П Всероссийской конференции «Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды» (Муром, 1999), I-IV Семинарах по физике микроволн (Н.Новгород, 1996, 1999, 2001, 2003), 19-м Российско-германском семинаре по проблемам ЭЦ нагрева и гиротро-нам (Н.Новгород, 2006) и на семинарах ИПФ РАН.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего и работы автора. Общий объем диссертации 113 страниц, рисунков - 33, библиография - 90 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы основные задачи работы, кратко изложено основное содержание диссертации, а также приведены данные по апробации и публикациям включенных в диссертацию материалов.

В первой главе проанализированы возможности некоторых существующих методик измерений и последующего восстановления вертикального профиля концентрации озона по данным микроволновых измерений в экспедиционных условиях.

При пассивном микроволновом зондировании МГС атмосферы осуществляется калибровка спектральных каналов приемной аппаратуры, суть

которой состоит в сравнении отклика приемника на излучение атмосферы с откликами на излучение 2-х эталонов [5]. В качестве эталонов обычно используются неотражающие нагрузки («черные тела») при известных температурах, чаще всего один эталон имеет температуру окружающего воздуха, в качестве второго используется поглотитель при температуре жидкого азота.

Однако в большой части экспедиционных измерений из-за недоступности жидкого азота применялась методика наблюдений, в которой используется один эталон при температуре окружающего воздуха, а излучение атмосферы принимается при двух различных углах по отношению к зениту [6]. Особенности методики измерения спектров в экспедиционных условиях требуют дополнительного рассмотрения для определения возможностей метода. В разделе 1.1 описаны принципы таких измерения линий поглощения (или излучения), обусловленных атмосферным озоном, и оценено влияние ряда упрощающих предположений, заложенных в основу методики измерений [15*].

Кроме этого, связь искомого вертикального распределения озона со спектрами собственного излучения (поглощения) т( V), измеренными экспериментально, описывается интегральным уравнением Фредгольма 1-го рода, т.е. восстановление вертикального профиля озона представляет собой в общем случае некорректную обратную задачу. Проведенные в 1988-89 гг. на обсерватории им. Кренкеля (о. Хейса 80,5° с.ш.) и в 1989-90 гг. на обсерватории Мирный (Антарктида 66,5° ю.ш.) большие серии измерений собственного излучения озона в миллиметровом диапазоне помощью автоматизированных 20-канальных анализаторов спектра с полосой анализа около 100 МГц и частотным разрешением 3 МГц в линиях 102 ГГц и 142 ГГц [1*13*] потребовали создания оперативного способа восстановления (в режиме реального времени) вертикального распределения стратосферного озона в интервале высот 20-60 км в эти периоды.

В разделе 1.2 рассмотрены некоторые методы определения вертикального распределения озона и проведена оценка их точности. В 1.2.1 на примере итерационного метода Рандеггера [7] показаны возможности восстановления вертикального профиля концентрации озона, сделаны оценки влияния на результаты восстановления, как вида восстанавливаемого профиля, так и использованных профилей температуры, давления и озона вне области восстановления. В результате моделирования получено, что метод восстановления дает удовлетворительные результаты для гладких профилей, а возмущения с характерным масштабом меньшим 8 км восстанавливаются в сильно сглаженном виде. Показано, что использование экспериментально измеренных профилей температуры и давления существенно повышают достоверность получаемой информации о концентрации озона, что наиболее существенно в периоды сильных возмущений в атмосфере, когда вертикальные распределения метеопараметров сильно отличаются от среднезональных. Продемонстрировано, что профиль концентрации озона

ниже области восстановления оказывает существенное влияние на восстановленное значение концентрации озона в нижней точке восстановления, а на осталыгых высотах практически не сказывается.

В 1.2.2 описан метод оперативного определения интегрального содержания озона выше некоторой определяемой частотным диапазоном «граничной» высоты ко- Приведены результаты численного моделирования для различных видов профилей озона. Показано, что наибольшая ошибка определения содержания озона по описанной методике достигается, когда максимум возмущения находится вблизи высоты 1ц.

В 1.2.3 предложен метод восстановления вертикального распределения озона ЩЬ.). В рассматриваемом нами случае восстанавливается однозначно связанная с концентрацией функция <2(1г)=АМ(}1)/(Т(1г))п, где Т(Н) - профиль температуры, А, п - численные коэффициенты. Процедура восстановления основана на анализе интегральной интенсивности спектральной линии; возможности такой методики проанализированы в работах [16*,17*]. Метод базируется на приближенной оценке для интегрального содержания озона выше некоторой высоты к. При этом интегральная интенсивность линии

= связана с функцией ()(1г) приближенным соот-

ношением:

©о

/емл'^вд/оа). (1)

Из (1) мы получили систему из двух уравнений для соответствующей итерационной процедуры

ВЙ(Л) = --,

ШЬ)) (2)

ап ¿V ап

где второе уравнение получается при помощи дифференцирования выражения (1) по к.

На основании результатов тестирования мы можем утверждать, что предлагаемый метод при всей его простоте обладает значительными возможностями и с успехом может применяться для восстановления профилей озона по его собственному излучению. Результаты модельных расчетов позволяют сделать вывод о том, что профили концентрации с характерным масштабом 7 км и более могут быть восстановлены так, что отклонение линии от восстановленного профиля от экспериментальной линии не выходит за пределы ошибок эксперимента. Расхождение исходного и восстанов-

ленного профиля при этом составляет не более 10-15 %. К вариациям профиля концентрации с более мелкими масштабами решение чувствительно слабо, что объясняется характерным масштабом ядра соответствующего интегрального уравнения порядка высоты приведенной атмосферы (7-8 км).

В разделе 1.3 приведены результаты анализа реальных спектров поглощения, измеренных в Арктике на о. Хейса в 1988-89 гг. и в Антарктиде на обе. Мирный в 1989-90 гг. [12*, 13*]. Сделаны временные развертки значений концентрации озона на различных высотах, позволяющие проследить динамику изменений в озоновом слое в периоды наиболее интересных событий в атмосфере, такие как стратосферное потепление или протонные вспышки.

Во второй главе рассматриваются наиболее важные аспекты микроволнового мониторинга с использованием мощного излучения. Перспективность миллиметрового диапазона длин волн (особенно коротковолновой его части) для активного зондирования обширного класса тропосферных объектов в настоящее время не вызывает сомнений. Водные и кристаллические облака (в широком диапазоне параметров), плотные аэрозоли городского воздушного бассейна часто являются «невидимыми» для традиционных радаров сантиметрового и дециметрового диапазонов, в то же время, они «непроницаемы» для оптических локаторов (лидаров). Информативность микроволнового диапазона обусловлена прежде всего сильной зависимостью сечения рассеяния излучения от длины волны в типичных ситуациях [8]. Проникающая способность миллиметрового излучения в облаках достаточно высока; длина экстинкции может оказаться меньше характерных размеров облака только в случае плотной предгрозовой облачности. В то же время пространственное разрешение в микроволновом диапазоне может быть весьма высоким в силу слабой дифракционной расходимости излучения.

В разделе 2.1 анализируются особенности радиолокации аэрозольных облаков. В 2.1.1 приводятся уравнения радиолокации распределенных объектов в различных условиях (для моностатического и бистатического зондирования, для непрерывного и импульсного режима и пр.). В 2.1.2 рассматривается когерентное и некогерентное рассеяние на облаке дискретных частиц, обсуждаются условия реализации того или иного режима. В 2.1.3 обсуждается применение некоторых приемов обработки принятого рассеянного сигнала для повышения чувствительности и/или предельной дальности радиолокатора. В 2.1.4 вводится применяемая в метеорологии характеристика облаков - отражаемость, связанная, конечно, с радиолокационным сечением рассеяния, и приводятся типичные значения отражаемости облаков различных типов. Раздел 2.2 посвящен обсуждению перспектив микроволнового зондирования атмосферы с использованием мощных генераторов миллиметрового диапазона (МЦР) [19*, 21*-24*, 27*]. Достигнутые успехи в развитии мощных мазеров на свободных электронах стимулирова-

ли ряд предложений по использованию таких приборов в атмосферных исследованиях. При этом было бы возможно повышение мощности излучения метеорадара на 1-2 порядка, что приведет к значительному увеличению чувствительности и дальности.

В 2.2.1 описан эксперимент по рассеянию излучения мощного гиро-трона в приземном слое атмосферы [14*, 18*], в котором было экспериментально зафиксировано рассеяние микроволн в визуально чистой атмосфере и построен высотный профиль коэффициента рассеяния в приземном слое (50-200 м). В 2.2.2 обсуждаются требования к перспективному диагностическому комплексу для исследований в области физики облаков. Современные исследования в этой области требуют создания диагностических комплексов с высокой разрешающей способностью. Однако было бы целесообразно добиваться высокого пространственного разрешения не за счет укорочения импульса (что снижает чувствительность), а за счет частотной внутриимпульсной кодировки. В ИПФ была разработана концепция метеорадара, основой которого является гиротрон с импульсным магнитным полем [26*, 31*-32*]. Этот прибор не требует дорогой в эксплуатации и громоздкой криогенной системы. Частотная модуляция внутри импульса осуществляется в таком приборе за счет генерации СВЧ-импульсов на «склоне» импульса магнитного поля. При этом чувствительность такой системы ~ длительности импульса, а разрешающая способность определяется ди-виацией частоты внутри импульса.

В разделе 2.3 анализируются поляризационные характеристики рассеяния микроволнового излучения кристаллическими облачными частицами с различными распределениями по размерам, форме и ориентациям в пространстве, предлагается метод определения преимущественной ориентации частиц в облаке по характеристикам рассеянного излучения с целью дистанционной диагностики облачного электричества [20*, 25*, 28*-30*, 33*]. С точки зрения возможности дистанционной диагностики облачного электричества, промоделированы поляризационные характеристики рассеяния микроволнового излучения кристаллическими облачными частицами с различными распределениями по размерам и различной формы в зависимости от преимущественной ориентации в пространстве. Построена универсальная деполяризационная диаграмма, связывающая данные поляризационных измерений с преимущественной ориентацией частиц, которая слабо зависит от распределения частиц по размерам и эксцентриситетам, и может быть использована для широкого класса распределённых рассеивателей (включая ледяные кристаллы с водяной пленкой). На рис. 1 показана деполяризационная диаграмма, рассчитанная для столбиков и пластин различных типов ориентации кристаллов при угле зондирования 30° к вертикали.

В зависимости от условий эксперимента деполяризационная диаграмма может быть легко рассчитана для нужного угла наблюдения и для любых распределений частиц по ориентациям. Использование данной диа-

граммы может оказаться важным и полезным для активного микроволнового мониторинга облачной атмосферы или иных аэрозольных облаков, образованных несферическими частицами. Особенно успешно описанная методика сможет быть применена при анализе изменений ориентации частиц в облаке, происходящих за время наблюдений.

0.08 !

0.07 —\

0.06 —| >Пл-Б

0.05 -

0.04 -

0.03 -

0.02 -

0.01 —| О.ОО -0.01

ее о _1

' ! " Ст-А' 1 '!Пл-В

Ст-В

Пл-А

Ст-Б

0.8

0.9

1.0 1.1

ъ /г

уч Ы>

I | I! I I | 1.2 1.3

Рис. X

В третьей главе исследовано рассеяние электромагнитного излучения на структурных неоднородностях С\Т)-алмазных окон вывода энергии ме-гаваттных гиротронов диапазона 100-1000 ГГц [34*-36*]. В связи с продвижением гиротронов из миллиметрового в более высокочастотный диапазон, встает вопрос о частотной зависимости поглощения в алмазных окнах в этом диапазоне. В эксперименте на частотах 180-200 ГГц были зафиксированы более высокие значения угла потерь, чем это следовало бы из частотной зависимости 1//[9], свойственной миллиметровому диапазону, а в некоторых исследованиях (для некоторых образцов) было обнаружено даже возрастание величины поглощения пропорционально частоте [10]. В связи с этим было высказано предположение, что увеличение измеряемой величины поглощения вызывается рассеянием излучения на межкристал-литных микрополостях ("пустотах") в алмазных дисках. Важно отметить, что измерения поглощения в СУЕ)-алмазных дисках проводились с помощью резонаторного спектрометра на основе высокодобротного резонатора Фабри-Перо [11], в который помещается исследуемый диэлектрик. Поскольку поглощение определяется по изменению добротности резонатора, в

рамках такой методики действительно невозможно разделить потери вследствие «чистого» поглощения и рассеяния на неоднородностях структуры образца. Для оценки эффекта увеличения измеряемой величины поглощения вследствие рассеяния излучения на межкристаллитных микрополостях были проведены модельные расчеты. Показано, что рассеяние, начиная с 200 ГГц, может давать заметный вклад в ослабление излучения, а ближе к 1 ТГц становится определяющим. Сделан вывод о необходимости включения в список необходимых требований к С\Т)-алмазам достижение однородности, соответствующей рабочему частотному диапазону [9*].

На рис. 2 показан график для измеренной величины tgS в зависимости от частоты для реального алмазного диска (точки). Там же сплошной линией приведен результат расчета частотной зависимости эквивалентной величины обусловленной потерями на рассеяние. Разность между этими двумя величинами можно трактовать, как «чистое» поглощение, т.е. поглощение в веществе, без учета потерь на рассеяние неоднородностями диска (изображена крестиками). Видно, что вычитание ослабления из-за рассеяния дает разумную зависимость «чистого» поглощения от частоты (на том же рисунке пунктиром показана дробно-линейная зависимость от частоты).

• • + эксперимент • расчет разность аппроксимация «м /

- > • • /

• ' • • f / " +/

Частота, ГГц РИС. 2

В Заключении перечислены основные результаты диссертации.

Основные результаты диссертационной работы

1. Предложен метод оперативного определения распределения озона по высоте путём анализа интегральной интенсивности линии излучения в полосе с переменной границей интегрирования.

метод анализа интегральной интенсивности в полосе с переменной границей интегрирования). Рассмотренные методики использованы для восстановления профилей озона по спектральным линиям, измеренным в различных метеорологических условиях (соответствующих как спокойному состоянию, так и периодам быстрой изменчивости). Показано, что данные методики измерения спектров излучения и восстановления вертикального распределения озона могут служить основой оперативного (т.е. в реальном масштабе времени) анализа результатов наблюдений для высот более 22 км.

3. Проанализированы перспективы использования мощных электронных генераторов микроволнового излучения для исследований атмосферы.

Показано, что для дистанционной диагностики электрического поля в облаках возможно использование эффекта деполяризации рассеянного излучения мощного мазера в ансамбле несфсрических ледяных кристаллов.

Предложена и в рамках модельных расчетов построена достаточно универсальная деполяризационная диаграмма, наглядно связывающая данные поляризационных измерений с преимущественной ориентацией частиц. Данная диаграмма слабо зависит от распределения частиц по размерам и эксцентриситетам и может быть применена также и для частиц, покрытых водяной пленкой.

4. Исследован эффект рассеяния электромагнитной волны па внутренних неоднородностях в CVD-алмазных дисках, предназначенных для окон вывода излучения мегаватгных гиротронов, в диапазоне частот 100-1000 ГГц.

Показана принципиальная важность учёта данного эффекта для корректной интерпретации экспериментов по измерению омических потерь в алмазных дисках с помощью резонаторного спектрометра на основе высокодобротного резонатора Фабри-Перо.

Показано, что на границе терагерцового диапазона ослабление излучения из-за рассеяния во много раз превышает ослабление из-за омического поглощения в веществе диска. Полученные результаты демонстрируют необходимость включения в список необходимых требований к алмазным окнам вывода микроволнового излучения соответствующей однородности материала, определяемой рабочим частотным диапазоном.

Список цитированной литературы

1. Pickett H. M., Poynter R. L, Cohen E. A., Delitsky M. L, Pearson J. С., Muller H. S. P., Submillimeter, Millimeter, and Microwave Spectral Line Catalog// J. Quant. Spectrosc. & Rad. Transfer. 1998. V. 60. P. 883-890.

2. Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г. О прозрачности полярной атмосферы для миллиметровой радиоастрономии // Изв. вузов. Радиофизика. 1997. T. XL, № 12. С. 1479-1488.

3. Г.Б.Брылев, С.Б.Гашина, Б.Ф.Евтеев, И.И.Камапдина Характеристики электрически активных зон в слоистообразпых облаках. JL: Гидрометео-издат, 1989. 160 с.

4. B.M. Garin, V.V. Parshin, S.E. Myasnikova, V.G. Ralchenko. Nature of millimeter wave losses in low loss CVD diamonds // Diamond & Related Materials. 2003. V.12,No. 10-11, p. 1755-1759.

5. Вороное B.H., Демкин B.M., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Юрков B.M. Анализатор спектра миллиметрового диапазона волн и результаты исследования озона верхней атмосферы // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1986. Т.29, N 12. С. 1403-1413.

6. Демкин В.М., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Юрков В.М. Аппаратура и некоторые результаты дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых волнах // Радиофизические методы и средства для исследований окружающей среды в миллиметровом диапазоне. Киев: Наукова думка, 1988, с. 8-14.

7. Randegger А. К. On the determination of the atmospheric ozone profile for ground based microwave measurements // Pure and Appl. Geophys. 1980. V. 118. P. 1052-1065.

8. Дейрменджан Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами. М.: Мир, 1971.165 с.

9. Garin В.М., Parshin V.V., Myasnikova S.E., Ralchenko V.G.. Nature of millimeter wave losses in low loss CVD diamonds // Diamond & Related Materials. 2003. V.12, No. 10-11, pp. 1755-1759.

10. Parshin V.V., Derkach V.N., Garin B.M., Heidinger R., Molla J., Ralchenko V.G,. Tarapov S.I., Danilov /., Myasnikova S.E., Polyakov V.I., Rukovish-nikov A.I. Dielectric losses in CVD diamonds at frequencies 1 kHz - 360 GHz and temperatures 0.9-900 К // Conf. Digest of the Joint 30th Int. Conf. on IR&MMW and 13th Int. Conf. on Terahertz Electronics. USA, p. 22-23,2005.

11. Dry agin Yu.A., Parshin V.V. A method to measure dielectric parameters in 5-0.5 mm wavelength band // Int. J. of Infrared and Millimeter Waves. 1992. V. 13, №7. P. 1023-1032.

Список работ по теме диссертации

1*. Куликов Ю.Ю., Лубяко Л.В., Моченева О.С., Рыскин В.Г., Шанин В.Н., Юрков В.М. Наблюдения особенностей излучения полярной атмосферы на миллиметровых волнах // Тезисы III Всесоюзной школы-симпозиума по распространению мм и субмм волн в атмосфере. Харьков, 1989, с. 146.

2*. Borisov O.N., Erukhimova T.L., Kulikov Yu.Yu., Mocheneva O.S. et. al. Microwave observations of stratospheric ozone in Arctic // Annales' Geophysical, Supplement to 1991, v. 9, p.350-351.

3*. Борисов O.H., Ерухимова Т.Л., Куликов Ю.Ю., Лубяко Л.В, Моченева О.С., Рыскин В.Г., Суворов Е.В., Шанин В.Н., Швецов А.А., Юрков В.М. Исследования стратосферного озона Арктики на высотах более 20 км по наблюдениям в линии вращательного перехода 40у4 - 4ц. // Применение дистанционных методов в исследованиях природной среды. Тезисы докладов. Ереван: Изд-во АН Арм. ССР, 1991, с. 67-68.

4*. Ерухилюва Т.Л., Куликов Ю.Ю., Моченева О.С., Суворов Е.В. О методике определения содержания озона по данным микроволновых измерений // Тезисы IV Всесоюзной школы по распространению мм и субмм волн в атмосфере. Н.Новгород, 1991, с. 150-151.

5*. Куликов Ю.Ю., Лубяко Л.В., Моченева О.С., Рыскин В.Г., Швецов А.А., Юрков В.М.. Исследование стратосферного озона Арктики с помощью наземного микроволнового спектроанализатора // Исследование атмосферного озона (Озо 11-90). М.: Гидрометеоиздаг, 1992, с. 172

6*. Andriyanov A.F., Dryagin S.Yu., Kuznetsov I.V., Kukin LM., Mocheneva O.S., Nikiforov P.L Anomalous variations of stratospheric ozone in Antarctic // Abst. of Int. Workshop "Electrodynamics and Composition of Mesosphere", March 1992, Nizhny Novgorod, Russia, p. 3.

7*. Andriyanov A. F., Dryagin S.Yu., Kuznetsov J.V., Kukin LM., Mocheneva O.S., Nikiforov P.L Stratospheric ozone variations and aurora // Abst. of Int. Workshop "Electrodynamics and Composition of Mesosphere", March 1992, Nizhny Novgorod, Russia, p. 4.

8*. Erukhimova T.L, Kulikov Yu.Yu., Kuznetsov LV., Mocheneva O.S., Suvo-rov E. V. On the determination of the ozone content from the data of microwave observations // Abst. of Int. Workshop "Electrodynamics and Composition of Mesosphere", March 1992, Nizhny Novgorod, Russia, p. 13.

9*. Andrianov A.F., Borisov O.N., Dryagin S.Yu., Erukhimova T.L, Kukin L.M., Kulikov Yu.Yu., Kuznetsov I.V., Lubyako LV., Mocheneva O.S., Nikiforov P.L, Ryskin V.G., Suvorov E.V., Shanin V.N., Shvetsov A.A., Yurkov V.M. Millimeter sounding of stratosferic ozon in high latitudes I I Proc. of 19th Aannual European Meeting on Atmospheric Studies by Optical Methods, August, 1992, Kiruna, Sweden, p. 42-48.

10*. Борисов O.H., Ерухимова Т.Л., Кутков Ю.Ю., Лубяко Л.В., Моченева О.С., Рыскин В.Г., Суворов Е.В., Шанин В.Н., Швецов А.А., Юрков В.М. Микроволновые наблюдения стратосферного озона в Арктике. Препринт ИПФ РАН №306. Нижний Новгород, 1992. 24 с.

11*. Andrianov A.F., Borisov O.N., Dryagin S.Yu., Erukhimova T.L, Kukin L.M., Kulikov Yu.Yu., Kuznetsov I.V., Lubyako LV., Mocheneva O.S., Nikiforov P.L, Ryskin V.G., Suvorov E.V., Shanin V.N., Shvetsov A.A., Yurkov V.M. Millimeter sounding of stratospheric ozone in high latitudes. Препринт ИПФ РАН №326. H. Новгород, 1992. 38 с.

12*. Kuznetsov I.V., Andriyanov A.F., Dryagin S.Yu., Kukin LM., Mazoor A.B., Mocheneva O.S., Nikiforov P.L Ozone depletion over Antarctica during October 1989 events // Геомагнетизм и аэрономия. 1994, т.34, N5,111-116.

13*. Kulikov Yu.Yu., Kuznetsov I.V., Andriyanov A. F., Borisov O.N., Dryagin S.Yu., Erukhimova T.L, Kukin LM., Lubyako LV., Mocheneva O.S., Nikiforov P.L, Ryskin V.G., Suvorov E.V., Shanin V.N., Shvetsov A. A., Yurkov V.M. Stratospheric ozone variability in high latitudes from microwave observation // Journal of Geophysical Res. 1994. v.99(D10).p. 21.109-21.116.

14*. Bykov Yu.V., Dryagiti Yu.A., Eremeev A.G., Kukin L.M., Lebsky Yu.V., Mocheneva O.S., Tokman M.D. Scattering of high-power microwave radiation in clear atmosphere // Proc. Int. Simposium "Physics and Engineering Millimeter Waves", 1994, Kharkov, Ukraine. V. 3, P. 567-568.

15*. Моченева O.C., Ерухимова Т.Н., Суворов E.B. О методике определения содержания озона по данным микроволновых измерений II Изв. ВУЗов. Радиофизика, 1995, т.38, N 8, 751-770.

16*. Моченева О.С., Суворов Е.В. Восстановление профиля озона по данным микроволновых измерений // Материалы конференции молодых ученых по проблеме "Атмосферный озон". М., 1995. с. 57-64.

17*. Mocheneva O.S., Suvorov Е. V. The retrieval of the ozone vertical profile from the microwave observation data // Proc. of the 7th URSI Com. F Symp. Nov. 1995. Ahmedabad, India. P. 101-104.

18*. Быков Ю.В., Дрягин Ю.А., Еремеев А.Г., Кукин Л.М., Лебский Ю.В., Моченева О. С., Токман М.Д. Рассеяние мощного микроволнового излучения в визуально чистой атмосфере // Известия АН, ФАО. 1996. Т. 32, N 1. С. 84-87.

19*. Петелин М.И, Токман М.Д., Дрягин Ю.А., Кукин Л.М., Моченева О.С., Лебский Ю.В., Антаков И.И., Гачев И.Г., Власов С.Н. Активное зондирование облаков, аэрозолей и турбулентности ясной атмосферы при помощи мощных микроволновых генераторов // Физика микроволн. Нижний Новгород, ИПФ РАН, 1996, т. 1, с. 93-96.

20*. Моченева О.С., Токман М. Д. О возможности использования генераторов излучения микроволнового диапазона для дистанционных измерений ориентации кристаллических частиц в облаках. Препринт ИПФ РАН №411. Н. Новгород, 1996. 16 с.

21*. Дрягин Ю.А., Кукин Л.М., Лебский Ю.В., Моченева О.С., Токман М.Д. Радар миллиметрового диапазона для дистанционного мониторинга атмосферы. Препринт ИПФ РАН №444. Н. Новгород, 1997.19 с.

22*. Петелин М.И, Токман М.Д., Дрягин Ю.А., Кукин Л.М., Моченева О.С., Лебский Ю.В. Активное зондирование облаков, аэрозолей и турбулентности ясной атмосферы при помощи мощных микроволновых генераторов //Физика микроволн. М., 1997. с. 53-54.

23*. Дрягин Ю.А., Кукин Л.М., Лебский Ю.В., Моченева О. С., Токман М.Д. Активное зондирование облаков, аэрозолей и турбулентности ясной атмосферы при помощи мощных микроволновых генераторов // Физика микроволн. Нижний Новгород, ИПФ РАН, 1998, с. 61-65.

24*. Моченева О.С., Токман М. Д. Использование мощных мазеров на свободных электронах для микроволнового мониторинга атмосферы // Известия РАН. Сер. физическая. 1999. Т. 63, № 12. С. 2385-2396.

25*. Моченева О.С., Токман М. Д. Об одном методе определения преимущественной ориентации кристаллических частиц в облаках по данным поляризационных измерений на миллиметровых волнах // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1999. T. XLII, № 9. С. 839-844.

26*. Петелин М.И., Токман M.Д., Дрягин Ю.А., Кукин JI.M., Моченева О.С., Лебский Ю.В., Офицеров М.М., Калыпов Ю.К. Активное зондирование облаков, аэрозолей и турбулентности ясной атмосферы при помощи мощных микроволновых генераторов // Физика микроволн. Нижний Новгород, ИПФ РАН, 1999, с. 109-116.

27*. Моченева О.С., Токман М. Д. Использование мощных мазеров на свободных электронах для микроволнового мониторинга атмосферы // Труды VII Всероссийской школы-ссминара "Физика и применение микроволн", Красновидово (Моск. обл.), 24-30 мая 1999 г. С. 202-203

28*. Моченева О.С., Токман М. Д. О возможности дисташдаонной диагностики ориентации облачных кристаллов // Труды VII Всероссийской школы-семинара "Физика и применение микроволн", Красновидово (Моск. обл.), 24-30 мая 1999 г. С. 206-207

29*. Моченева О.С., Токман М. Д. О поляризационных характеристиках рассеяния излучения коротковолновой части миллиметрового диапазона в кристаллических облаках / Труды III Всероссийской конференции "Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды". Муром, 17-18 июня 1999 г. С. 38-39.

30* Моченева О.С., Токман М. Д. О возможности дистанционной диагностики ориентации облачных кристаллов // Журнал радиоэлектроники, № 1,2000, http://jre.cplire.rU/ire/ian00/3/text.html

31*. Петелин М.И., Токман М.Д., Дрягин Ю.А., Кукин Л.М., Моченева О.С., Лебский Ю.В., Офицеров М.М., Калынов Ю.К., Кузиков C.B., Колчин П.Д. Активное зондирование облаков, аэрозолей и турбулентности ясной атмосферы при помощи мощных микроволновых генераторов // Физика микроволн. Нижний Новгород, ИПФ РАН, 2000, с. 59-64.

32*. Петелин М.И., Токман М.Д., Дрягин Ю.А., Кукин Л.М., Лебский Ю.В., Моченева О. С., Кузиков C.B., Колчин П.Д. Активное зондирование облаков, аэрозолей и турбулентности ясной атмосферы при помощи мощных микроволновых генераторов // Физика микроволн. Нижний Новгород, ИПФ РАН, 2001, с. 71-76.

33*. Моченева О. С., Токман М. Д. Возможность дистанционной диагностики ориентации облачных кристаллов // Электромагнитные волны и электронные системы. 2004, № 12, т. 9, с. 22-25

34*. Моченева О.С., Паршин В.В. Рассеяние на неоднородностях структуры в CVD-алмазах в диапазоне 100-1000 ГГц // Изв. вузов. Радиофизика. 2007. T. L, № 12. С.1048-1057.

35.* Mocheneva O.S., Parshin V.V. The Scattering of SubMM Waves by Microcaverns in CVD-Diamond Windows / Joint 31-st International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 14 -th International Conference on Terahertz Electronics 2006 (IRMMW&THz2006). Shanghai, China. P. 182.

36*. Mocheneva O.S., Parshin V.V. The lOOGHz-lOOO GHz waves scattering by microcaverns m CVD-diamond windows / Abst. of "Ultrawideband and ultrashot impulse signals". 18-22 September,-2006, Sevastopol, Ukraine. P. 260-262.

Оглавление диссертации

Введение ....................................................................................................

Глава 1. Определение вертикального распределения озона по данным микроволновых измерений спектральной линии собственного излучения озона в

миллиметровом диапазоне длин волн.........................................................

1.1 Методика измерений спектра собственного излучения озона в микроволновом диапазоне для определения параметров вертикального распределения

озона.....................................................:..........................................................

1.2. Оценка точности различных методов определения вертикального распределения концентрации озона по данным микроволновых измерений......

1.2.1. Определение вертикального распределения концентрации озона итерационным методом Рандеггера.................................................

1.2.2. Определение интегрального содержания озона выше некоторой

высоты.....................................................................................................

1.2 3. Метод определения вертикального профиля озона по интегральной интенсивности линии..........................................................................

1 3. Обработка экспериментальных данных, полученных во время озономет-

рических экспедиций в полярных широтах..................................................

Заключение к главе 1..........................................................................................

Глава 2. Активное зондирование приземной атмосферы при помощи мощного микроволнового излучения.........................................................................

2.1. Некоторые особенности радиолокации распределенных объектов..........

2.1.1. Уравнение радиолокации распределенного объекта.....................

2.1.2. Условия когерентного и некогерентного рассеяния в облаке дискретных рассеивателей...............................................................

2.1.3. Увеличение чувствительности радиолокатора за счет оптимальной

обработки принимаемого сигнала.......................................................

2 1.4. Радиолокационная отражаемость облаков различных типов.......

2.2. Перспективы использования мощных электронных мазеров для зондирования облачной и чистой атмосферы.........................................................

2.2.1. Рассеяние излучения мощного гиротрона в визуально чистой атмосфере .......................................................................................................

2.2.2. О перспективах использования гиротронов с импульсным магнитным полем при зондировании облачности.......................................

2.3. Моделирование рассеяния микроволнового излучения на облачных кристаллах; потенциал поляриметрических радиолокационных измерений......

Заключение к главе 2..................................................................................

Глава 3. Рассеяние на неоднородностях структуры в СУЭ-алмазах в диапазоне 100-1000 ГГц........................................................................................

3.1. Расчет рассеяния на пустотах в алмазном диске..............................

Заключение к главе 3....................................................................................

Заключение ...................................................................................................

Литература..................................................................................................

26 28 35 38

52 57 57

75 86

88 90 101 102 104

'р!

Моченева Ольга Станиславовна

АКТИВНОЕ И ПАССИВНОЕ МИКРОВОЛНОВОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ АТМОСФЕРЫ И ИСКУССТВЕННЫХ СРЕД

Автореферат

Подписано к печати 17 09.08. Формат 60 х 90 Vie Бумага офсетная № 1. Уел печ. л 1,25 Тираж 100 экз. Заказ № 94(2008)

Отпечатано на ричографе в типографии Института прикладной физики РАН, 603950, г Н Новгород, ул. Ульянова, 46

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Моченева, Ольга Станиславовна

Введение.

Глава 1. Определение вертикального распределения озона по данным микроволновых измерений спектральной линии собственного излучения озона в миллиметровом диапазоне длин волн.

1.1 Методика измерений спектра собственного излучения озона в микроволновом диапазоне для определения параметров вертикального распределения озона.

1.2. Оценка точности различных методов определения вертикального распределения концентрации озона по данным микроволновых измерений.

1.2.1. Определение вертикального распределения концентрации озона итерационным методом Рандеггера.}.

1.2.2. Определение интегрального содержания озона выше некоторой высоты.

1.2.3. Метод определения вертикального профиля озона по интегральной интенсивности линии.

1.3. Обработка экспериментальных данных, полученных во время озонометрических экспедиций в полярных широтах.

Введение диссертация по физике, на тему "Активное и пассивное микроволновое зондирование атмосферы и искусственных сред"

За последние полвека человечество столкнулось со значительными изменениями в состоянии окружающей среды как локального, так и глобального характера (к последним принято относить, главным образом, образование «озонной дыры» в полярных областях и глобальное потепление). Озабоченность возможными последствиями этих явлений является мощной мотивацией для развития новых концепций охраны окружающей среды. Так 21 марта 1994 года вступила в силу Рамочная конвенция ООН об изменении климата, РКИК (Framework Convention on Climate Change, UN FCCC) - соглашение, подписанное более чем 180 странами мира, об общих принципах действия стран по проблеме изменения климата. В декабре 1997 года в дополнение к РКИК был принят Киотский протокол, определяющий квоты на выбросы парниковых газов. Однако, на тот момент всё ещё не вполне ясным являлся следующий вопрос: имеют ли глобальные изменения антропогенное происхождение, или отражают вариации, непосредственно не связанные с деятельностью человека, а следовательно, приведут ли принятые меры к нужному результату. Для получения ясного ответа потребовалось создание надежной и постоянно действующей системы получения информации о состоянии и развитии окружающей среды. Во многих индустриально развитых странах мира значительно расширились исследования по контролю состояния окружающей среды, созданы специализированные научно-исследовательские центры для изучения процессов в атмосфере, разрабатываются методы и средства для такого изучения [1]. Исключительно важным для экологии, климатологии, метеорологии, обеспечении безопасности полетов и предсказания условий радиосвязи является развитие эффективных методов не столько контактной, сколько дистанционной диагностики атмосферных объектов. При этом особое внимание уделяется таким методам бесконтактного определения параметров среды, которые обеспечивают возможность получения необходимых данных с весьма высокой оперативностью и на значительных пространственных масштабах, т.е. методам, которые могли бы не только дать оперативную количественную информацию об изменении состояния атмосферы, но и выявить динамику этих изменений. Примерно с 70-х годов 20 века стало понятно, что контроль наблюдательного типа весьма эффективно и при умеренной стоимости может осуществляться с помощью микроволнового зондирования. Целый ряд особенностей этого диапазона делают его весьма привлекательным для организации мониторинга атмосферы как активными, так и пассивными методами.

В микроволновом диапазоне [2] присутствуют линии вращательных переходов большого количества атмосферных газов. Наиболее мощные из них принадлежат основным составляющим атмосферы - кислороду и водяному пару. В дистанционной диагностике линии кислорода используются, например, для наземного термического зондирования тропосферы и стратосферы [3, 4]. Однако наибольший интерес представляют т.н. малые газовые составляющие атмосферы (МГС), которые, несмотря на небольшую концентрацию (единицы молекул МГС и менее на миллион молекул воздуха), играют исключительно важную роль в радиационных и химических процессах в атмосфере. Присутствие в микроволновом диапазоне линий МГС, значительно более сильных, чем в других диапазонах, позволяет организовать непрерывных! мониторинг состояния малых атмосферных составляющих путем регистрации их собственного излучения.

Одной из наиболее важных МГС атмосферы является озон — единственный атмосферный газ, способный поглощать солнечное ультрафиолетовое излучение в области 250-300 нм. Это излучение приводит к поражению ДНК в хромосомах живых клеток, угнетению растительности, подавлению реакции иммунной системы человека, росту вероятности возникновения онкологических заболеваний кожи. В этой связи вопрос о стабильности озонового слоя приобретает особое значение [5, 6]. Весенняя озонная «дыра», обнаруженная в 80-х годах над Антарктидой вызвала особый интерес к изучению состояния озонового слоя и его изменений среди специалистов по метеорологии и физике атмосферы [7].

Измерения общего содержания озона (ОСО) в столбе атмосферы ведутся уже несколько десятилетий на сети озонометрических станций, расположенных в разных частях земного шара, включая Антарктиду, а с 70-х годов и со спутников. Измерения озона проводятся путем регистрации относительных изменений интенсивности солнечной радиации в определенных спектральных интервалах. Однако детальное изучение глобальной и локальной изменчивости озона требует проведения длительных измерений не только общего содержания, но и вертикального распределения концентрации озона (ВРО), которые не могут быть обеспечены прямыми измерениями с помощью электро- и фотохимических приборов,, поднимаемых на ракетах и аэростатах, из-за высокой стоимости, а следовательно - редкости запусков, тогда как спутниковые измерения дают непрерывную информацию о вертикальных распределениях озона, но при слишком больших пространственных масштабах усреднения. В этой связи существенный общенаучный (в известном смысле - общефизический) и прикладной интерес представляет дистанционный метод микроволновой спектроскопии, активно разрабатываемый в различных лабораториях мира, в.т.ч. и бывшего СССР [8-16]. Первые наблюдения атмосферного озона при помощи приемной аппаратуры миллиметрового диапазона проводились путем измерений ослабления солнечного радиоизлучения в линиях озона. В дальнейшем, однако, наблюдатели перешли к наблюдениям собственного излучения стратосферного озона в линиях миллиметрового диапазона.

Исследования стратосферного озона методом дистанционного зондирования с поверхности Земли в миллиметровом диапазоне длин волн уже в течение многих лет проводятся в Институте прикладной физики Российской академии наук [17-23].

Метод пассивной микроволновой спектроскопии позволяет проводить долговременные наблюдения малых составляющих атмосферы круглосуточно, т.к. он не зависит от наличия ярких радиоисточников на небе. Применение метода дистанционного зондирования на миллиметровых волнах дает возможность вести непрерывный мониторинг стратосферного озона в условиях полярной зимы, что особенно важно в связи с наблюдаемым сезонным дефицитом озоном над Антарктидой и отдельными областями Арктики. Метод микроволновой спектроскопии уже позволил получить много новой информации о состоянии и изменениях озонового слоя, недоступной из контактных и спутниковых измерений.

К числу наиболее интересных результатов дистанционного зондирования озонового слоя на миллиметровых волнах, полученных в ИПФ РАН в ходе высокоширотных экспедиций, относится регистрация т.н. «быстрых» вариаций озона, когда его концентрация значительно менялась с характерными временами порядка часа или нескольких часов на высотах 2050 км, где озон считался подверженным лишь незначительным изменениям в течение суток [20, 22]. Кроме этого, к числу интересных результатов следует отнести и обнаружение «озоновых облаков». Этот феномен проявляется в значимых различиях плотности озона для областей, разнесенных в пространстве на 200-300 км, на высотах более 20 км. Время жизни таких образований составляет несколько часов [23]. Интерес к задачам, изложенным в диссертации, в основном связан с необходимостью извлечения информации о высотных профилях концентрации озона из данных микроволновых измерений линии излучения (поглощения).

Нижняя граница высот, доступных для регистрации атмосферного озона в миллиметровом диапазоне, лежит в районе 20 км, где теллурические линии озона из-за столкновений с молекулами воздуха становятся настолько широкими, что их невозможно выделить на фоне крыльев линий основных составляющих атмосферы. Верхняя граница измерений вертикального распределения озона находится в районе 70 км, где столкновительный механизм уширения линий сменяется доплеровским. Высокое частотное разрешение, реализуемое в гетеродинных спектрометрах миллиметрового диапазона, позволяет измерять линии излучения (поглощения) малых газовых составляющих (МГС) атмосферы с точностью, достаточной для восстановления вертикальных профилей распределения МГС в указанном интервале высот, но задача восстановления вертикального распределения МГС по экспериментально измеренным спектрам микроволнового излучения представляет собой некорректную обратную задачу. В рамках диссертации анализируются возможности некоторых существующих методик восстановления вертикального профиля концентрации озона по данным микроволновых измерений, выполненных в ходе полярных экспедиций (в том числе - с участием автора). Рассматриваются методы «оперативного» восстановления, т.е. пригодные в экспедиционных условиях, либо в качестве предварительного экспресс-анализа перед реализацией более сложных методик, требующих существенно больших затрат машинного времени.

В последние десятилетия стала очевидной перспективность активного зондирования в миллиметровом диапазоне длин волн (особенно коротковолновой его части) для исследования водных и кристаллических облаков (в широком диапазоне параметров), плотных аэрозолей городского воздушного бассейна и др. [24]. Эти тропосферные объекты часто являются «невидимыми» для традиционных радаров сантиметрового и дециметрового диапазонов и, в то же время, «непроницаемы» для оптических локаторов (лидаров). Разумеется, измерения рассеяния в облаках и аэрозолях (как и линий поглощения малых газовых составляющих) целесообразно проводить в окнах прозрачности атмосферы, т.е. в тех частотных диапазонах, где поглощение основных атмосферных газов минимально.

Детальная дистанционная диагностика состояния облачности является важной задачей физики атмосферы и метеорологии. Стандартные метеолокаторы сантиметрового диапазона волн неплохо справляются с задачей определения высоты нижней кромки, вертикальной мощности облачности, а также водозапаса облаков [25]. Эти локаторы фиксируют факт наличия отражения от какой-либо области, кроме того, позволяют измерить поглощение в толще облака. Переход в миллиметровый диапазон открывает перед исследователями новые диагностические возможности. Это вызвано тем, что вследствие сильной зависимости рэлеевского рассеяния на частицах от частоты, микроволновый метеорадар гораздо чувствительнее традиционных более длинноволновых приборов к размерам, форме и другим характеристикам облачных частиц. И хотя излучение миллиметрового диапазона обладает гораздо меньшей проникающей способностью, чем излучение дециметрового и сантиметрового диапазона, но в силу слабой дифракционной расходимости излучения в микроволновом диапазоне при зондировании может быть достигнуто весьма высокое пространственное разрешение. Эти особенности привели к расширению класса задач, которые могут быть решены с помощью активного дистанционного зондирования с использованием миллиметровых волн. Одной из таких прикладных задач может стать предотвращение поражения самолетов атмосферно-электрическим разрядом. При этом основное значение имеет диагностика не только зон активных грозовых облаков (эти зоны неплохо диагностируются), но и т.н. электрически активных зон атмосферы [26], где развития грозовой деятельности еще не произошло (около 80% от общего числа поражений самолетов происходит именно в таких зонах). В этом случае попадание самолета в зону облачности, где напряженность электрического поля достаточно велика, но условий для возникновения самостоятельного разряда молнии не имеется, за счет эффектов электризации может привести к реализации атмосферно-электрического разряда. Анализ материалов метеорологических наблюдений показал, что такие зоны характеризуются повышенной водностью, радиолокационной отражаемостью и напряженностью электрического поля по сравнению с фоновыми характеристиками. Активное зондирование облачности в миллиметровом диапазоне длин волн, дающее существенную информацию об объемном рассеянии в толще облака, представляется весьма многообещающим для определения требуемых параметров. Эффективность микроволнового мониторинга была продемонстрирована в экспериментах Лермитта [27], проведенных с использованием относительно (т.е. с точки зрения современных достижений электроники СВЧ) маломощного генератора (максимальная мощность « единицы кВт). Позднее появились предложения по использованию мощных современных мазеров на свободных электронах для дистанционного зондирования облаков и аэрозолях [28, 29]. В рамках диссертации проанализирован ряд физических и технических аспектов микроволнового мониторинга атмосферы с использованием рассеяния мощного излучения миллиметрового диапазона волн на частицах облаков и аэрозолей.

Исследование объемного рассеяния коротковолнового излучения в тех или иных средах является, несомненно, чрезвычайно распространённой физической задачей, важной для огромного числа приложений. Одно из таких приложений связано с исследованием поглощения в искусственных CVD-алмазах (т.е. полученных по технологии Chemical Vapor Deposition -осаждение в паровой фазе). CVD-алмазные диски используются в выходных окнах мощных электронных мазеров - гиротронов с мощностями до единиц МВт. Главным требованием к материалу окна является достаточно малое поглощение на рабочей частоте. Экспериментальные измерения поглощения в CVD-алмазах, выполненные с помощью резонаторного спектрометра, выявили рост поглощения по мере роста частоты [30] и приближения её к субмиллиметровому диапазону. Соответствующую зависимость не удавалось удовлетворительно объяснить в рамках существующих представлений о механизмах поглощения в данном веществе. Позднее было высказано предположение, что увеличение измеряемой величины поглощения вызывается рассеянием излучения на межкристаллитных микрополостях в алмазных дисках. Действительно, в рамках методики, когда поглощение определяется по изменению добротности резонатора, невозможно разделить потери вследствие «чистого» поглощения и рассеяния на неоднородностях структуры образца. Исследование эффекта кажущегося увеличения величины поглощения в CVD-алмазах, измеряемой методом внутрирезонаторной спектроскопии, вследствие объемного рассеяния излучения на межкристаллитных микрополостях также явилось предметом исследования в данной диссертационной работе. Объединение исследований рассеяния в атмосфере и искусственной среде (CVD-алмазе) в данной работе представляется естественным в силу физической и методической связи этих задач.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения.

Заключение диссертации по теме "Радиофизика"

Заключение

В заключение приведём основные результаты диссертационной работы:

2. В рамках модельных расчетов проанализированы возможности методик определения общего содержания озона и его распределения по высоте на основании данных микроволнового зондирования (метод Рандеггерра и метод анализа интегральной интенсивности в полосе с переменной границей интегрирования).

Рассмотренные методики использованы для восстановления профилей озона по спектральным линиям, измеренным в различных метеорологических условиях (соответствующих как спокойному состоянию, так и периодам быстрой изменчивости). Показано, что данные методики измерения спектров излучения и восстановления вертикального распределения озона могут служить основой оперативного (т.е. в реальном масштабе времени) анализа результатов наблюдений для высот более 22 км.

Показано, что для дистанционной диагностики электрического поля в облаках возможно использование эффекта деполяризации рассеянного излучения мощного мазера в ансамбле несферических ледяных кристаллов.

Предложена и в рамках модельных расчетов построена достаточно универсальная деполяризационная диаграмма, наглядно связывающая данные поляризационных измерений с преимущественной ориентацией частиц. Данная диаграмма слабо зависит от распределения частиц по размерам и эксцентриситетам и может быть применена таюке и для частиц, покрытых водяной пленкой.

4. Исследован эффект рассеяния электромагнитной волны на внутренних неоднородностях в CVD-алмазных дисках, предназначенных для окон вывода излучения мегаваттных гиротронов, в диапазоне частот 100-1000 ГГц.

Показано, что на границе терагерцового диапазона ослабление излучения из-за рассеяния во много раз превышает ослабление из-за омического поглощения в веществе диска. Полученные результаты демонстрируют необходимость включения в список необходимых требований к алмазным окнам вывода микроволнового излучения соответствующей однородности, определяемой рабочим частотным диапазоном.

Автор признателен своим коллегам - участникам озонометрических полярных экспедиций 1988-90 гг. и всем своим соавторам за плодотворное сотрудничество и доброе отношение.

Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность научному руководителю Михаилу Давидовичу Токману за квалифицированное и исключительно доброжелательное руководство, а также Евгению Васильевичу Суворову за постоянную поддержку и помощь в работе.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Моченева, Ольга Станиславовна, Нижний Новгород

1. Лазерный контроль атмосферы. Под ред. Э.Д.Хинкли. М.: Мир, 1979. 416 с.

2. Pickett Н. М., Poynter R. L., Cohen Е. A., Delitsky М. L., Pearson J. С., Muller Н. S. P., Submillimeter, Millimeter, and Microwave Spectral Line Catalog // J. Quant. Spectrosc. & Rad. Transfer. 1998. V. 60. P. 883-890.

3. Waters J. W. Ground-based Measurement of Millimeter-wavelength Emission by Upper Stratospheric 02 //Nature. 1973. V. 242. P. 506-508.

4. Наумов А.П., Ошарина H.H., Троицкий A.B. Наземное термическое зондирование атмосферы в микроволновом диапазоне // Изв. вузов. Радиофизика. 1999. Т. XLII, № 1. С. 45-58.

5. ХргианА.Х. Физика атмосферы. М.: Изд-во МГУ, 1986. 328 с.

6. Брасье Г., Соломон С. Аэрономия средней атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 414 с.

7. Каролъ ИМ. Атмосферный озон: современное состояние проблемы // Природа. 1993. № 5. С. 9-17.

8. Parrish A., de Zafra R.L., Jaramillo М. et al. Extremely low N20 concentrations in the springtime stratosphere at McMurdo Station, Antarctica // Nature. 1988. V. 332. P. 53-56.

9. Waters J.W., Stachuk R.A., Hardy J.C., Jarnot R.F. CIO and 03 stratospheric profiles: Baloon microwave measurements // Geophys. Res. Let. 1988. V.15. P. 780-783.

10. Connor B. J., Barrett J. W., Parrish A., Solomon P.M., de Zafra R. L., Jaramillo M. Ozone over McMurdo station, Antarctica, austral spring 1986: altitude profiles for the middle and upper stratosphere // J. Geophys. Res. 1987. V. 92, 13. P. 221-230.

11. Zomm erf elds W.C., Kunzi K.F., Summers M.E. et al. Diurnal variations of mesospheric ozone obtained by ground-based microwave radiometry // J. Geophys. Res. 1989. V.94. No.D3. P. 12807-12818.

12. Bevilacqua R.M., Stark A.A., Schwartz P.R. The variability of carbon monoxide in the terrestrial mesosphere as determined from ground-based observations of the J = 1-0 emission line // J. Geophys. Res. 1985. V.90. No.D3. P.5777-5782.

13. DeLaNoe J., Lauque R., Lacroix J. A new microwave radiometer for measuring ozone at the Bordeaux Observatory // IGARSS'91 Conf. Dig. 1991. V.l P. 221-222.

14. Hartogh P. Hartman G.K., Zimmermann P. Simultaneous water vapour and ozone measurements with millimeter waves in the stratosphere and mesosphere // IGARSS'91 Conf. Dig. 1991. V.l P. 2271-230.

15. Talvela J., Luntama J.-P., Hallikainen M. Ground-based millimeter wave stratospheric ozone profile // IGARSS'91 Conf. Dig. 1991. V.l P. 213-216.

16. Solomonov S.V., Kropotkina E.P., Lukin A.N. et al. Some features of the vertical ozone distribution from millimeter wave measurements at Pushino and Onsala observatories // J. Atmos. Terr. Phys. 1994. V. 56, N 1. P. 9-15.

17. Кислякое А.Г., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г. Поглощение микрорадиоволн примесными газами атмосферы / Сб. Спектральные исследования космического и атмосферного излучения, Горький, ИПФ АН СССР, 1979, с. 84-123.

18. Воронов В.Н., Демкин В.М., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Юрков В.М. Анализатор спектра миллиметрового диапазона волн и результаты исследования озона верхней атмосферы // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1986. T.29,N 12. С. 1403-1413.

19. Куликов Ю.Ю., Маркина Н.Н., Наумов А.П. и др. Восстановление высотного распределения озона из наземных измерений интегрального поглощения в миллиметровом диапазоне волн // Изв. АН. ФАО. 1988. Т. 24, № 12. С. 1282-1292.

20. Борисов О.Н., Демкин В.М., Куликов Ю.Ю. и др. Вариации стратосферного озона в полярных широтах // Изв. АН. ФАО. 1989. Т. 25, № 10. С. 1033-1039.

21. Андиянов А.Ф., Дрягин С.Ю., Кузнецов И.В., Кукин Л.М., Никифоров П.Л. Предварительные результаты наблюдений озона на мм волнах в Антарктиде. ИПФ АН СССР. Препринт № 295. Нижний Новгород. 1991.

22. Красилъников A.A., Куликов Ю.Ю., Мазур А.Б., Рыскин В.Г., Серов Н.В., Федосеев Л.И., Швецов А.А. Обнаружение «озоновых облаков» в верхней стратосфере Земли методом миллиметровой радиометрии // Геомагнетизм и аэрономия. 1997. Т.37. №3. С. 174-183.

23. Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г. О прозрачности полярной атмосферы для миллиметровой радиоастрономии // Изв. вузов. Радиофизика. 1997. Т. XL, № 12. С. 1479-1488.

24. Радиолокационные методы исследования Земли. Под ред. Ю.А.Мельника. М.: Сов. радио, 1980. 264 с.

25. Г.Б.Брылев, С.Б.Гашина, Б.Ф.Евтеев, И.И.Камалдина Характеристики электрически активных зон в слоистообразных облаках. Л.: Гидрометеоиздат. 1989. 160 с.

26. Lhermitte R. Small Cumuli Observed with a 3 mm Wavelength Doppler Radar // Geophys. Res. Lett. 1987. V. 14, N 7. P. 707-710.

27. Manheimer W.M., Mesyats G.A., Petelin M.I. Super-high power microwave radars // Proc. 2nd Int. Conf. "Strong Microwaves in Plasmas". IAP. N.Novgorod. 1993. V. 2, P. 632-641.

28. Manheimer W.M. Gyrotron and free elecnron lasers for atmospheric sensor / in "Plasma Science and the Environment" ed. by W.Manheimer, L.E.Sugiyama, T.H.Stix. AIP Press. NY. 1997. P. 77-116.

29. B.M. Garin, V.V. Parshin, S.E. Myasnikova, V.G. Ralchenko. Nature of millimeter wave losses in low loss CVD diamonds.// Diamond & Related Materials. V.12, No. 10-11, pp. 1755-1759, 2003.

30. I.V. Kuznetsov, A.F. Andriyanov, S.Yu. Dry agin, L.M. Kukin, A.B. Mazoor, O.S. Mocheneva, P.L. Nikiforov Ozone depletion over Antarctica during October 1989 events II Геомагнетизм и аэрономия", т.34, 1994, N5, 111-116.

31. O.N.Borisov, T.L. Erukhimova, Yu.Yn. Kulikov, O.S. Mocheneva et. al. Microwave observations of stratospheric ozone in Arctic // Annales' Geophysical. 1991. Supplement to v. 9, P.350-351.

32. Моченева О.С., Ерухимова Т.Л., Суворов Е.В. О методике определения содержания озона по данным микроволновых измерений // Изв. ВУЗов, Радиофизика. 1995. Т.38, № 8. С. 751-770.

33. Быков Ю.В., Дрягин Ю.А., Еремеев А.Г., Кукин Л.М., Лебский Ю.В., Моченева О. С., Токман М.Д. Рассеяние мощного микроволнового излучения в визуально чистой атмосфере // Известия АН, ФАО. 1996. Т. 32, N 1. С. 8487.

34. Моченева О.С., Токман М. Д. Использование мощных мазеров на свободных электронах для микроволнового мониторинга атмосферы // Известия РАН. Сер. Физическая. 1999. Т. 63, № 12. С. 2385-2396.

35. Моченева О. С., Токман М. Д. Об одном методе определения преимущественной ориентации кристаллических частиц в облаках по данным поляризационных измерений на миллиметровых волнах // Известия ВУЗов. Радиофизика. Т. XLII, № 9. С. 839-844.

36. Моченева О.С., Токман М. Д. Возможность дистанционной диагностики ориентации облачных кристаллов» // «Электромагнитные волны и электронные системы. 2004. Т. 9, № 12. С. 22-25

37. О.С.Моченева, В.В.Паршин Рассеяние на неоднородностях структуры в CVD-алмазах в диапазоне 100-1000 ГГц.// Известия вузов. Радиофизика. 2007. Т. 50, № 12. С. 1048-1057.

38. Кузнецов КВ., Моченева О.С. Возможности метода микроволновой спектроскопии при изучении озонной «дыры». Доклад на 4 Всесоюзном симпозиуме «Метеорологические исследования в Антарктике», ААНИИ, Ленинград, 8-11 октября 1991 г.

39. Железняков В.В. Электромагнитные волны в космической плазме, М., Наука, 1977. 432 с.

40. Красилъников А.А. Компенсационный спектрорадиометр 3-мм диапазона волн // Изв. ВУЗов, Радиофизика. 1995. Т. 38. С. 608-614.

41. АЪ.Кисляков А.Г., Станкевич КС. Исследование тропосферного поглощения радиоволн радиоастрономическими методами // Изв. ВУЗов, Радиофизика, 1967, Т.10, № 9-10. С. 1244-1265.

42. Barnett J. J., Corney M. Middle atmosphere model derived from satellite data // Handbook for MAP, 1985, v. 16, p. 47-85.

43. Бугаева И.В., Бутко A.PL, Тарасенко Д.А. Стратосферное потепление и особенности зимних процессов 1987-88 и 1988-89 годов // Метеорология и гидрология. 1990. № 5.

44. Глаголев Ю.А. Справочник по физическим параметрам атмосферы. JL, 1970.

45. Т.Л.Ерухимова, Е.В.Суворов Восстановление профилей концентрации озона и температуры атмосферы по спектрам микроволнового излучения в двух линиях вращательных переходов озона // Изв. ВУЗов, Радиофизика. 2001. Т. 44, № 1-2. С. 140-147.

46. Mocheneva O.S., Suvorov E. V. The retrieval of the ozone vertical profile from the microwave observation data / Proc. of the 7th URSI Com. F Symp. Nov. 1995. Ahmedabad, India. P. 101 -104.

47. Мочеиева O.C., Суворов E.B. Восстановление профиля озона по данным микроволновых измерений / Материалы конференции молодых ученых по проблеме "Атмосферный озон", Москва, 1995. С. 57-64.

48. Отчет о работе 34-й Советской антарктической экспедиции, обсерватория "Мирный", ААНИИ Госкомгидромета, Ленинград.

49. Д.Дейрмендэ1сан. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами. М.: Мир. 1971. 165 с.

50. Liebe Я.МРМ An Atmospheric Millimeter-Wave Propagation Model // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 1989. V. 10, N 6. P. 631-650.

51. Mead, J.В., Pazmany A.L., Sekelsky S.M., Mcintosh R.E. Millimeter-wave radars for remotely sensing clouds and precipitation // Proc. of IEEE. 1994. V. 82, N 12. P. 1891-1905.

52. Moran K.P., Martner B.E., Post M.J., Kropfli R.A., Welsh D.C., Widener K.B. An Unattended Cloud Profiling Radar for Use in Climate Research // Bulletin of the American Meteorological Society. 1998. V.79, N 3. P. 443-455.

53. Matrosov S.Y. Possibilities of Cirrus Particle Sizing from Dual-Frequency Radar Measurements //J. Geophys. Res. 1993. V. 98, ND11. P. 20.675-20.683.

54. Firda J.M., Sekelsky S.M., Mcintosh R.E. Application of Dual-Frequency Millimeter-Wave Doppler Spectra for the Retrieval of Drop Size Distributions and Vertical Air Motion in Rain // J. Atmos. Ocean. Technology. 1999. V.l6, N 2. P. 216-236.

55. Xapdu K.P., Кац И. Зондирование безоблачной атмосферы с помощью мощных радиолокаторов с высоким разрешением // ТИИЭР. 1969. N 4. С. 108-120.

56. Рытое С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Часть II. Случайные поля. М.: Наука. 1978. 464 с.

57. Исимару А. Распространение и рассеяние радиоволн в случайно-неоднородных средах. М.: Мир, 1981, т. 1. 280 с.

58. Мазин И.П., Шметер С.М. Облака. Строение и физика образования. JL: Гидрометеоиздат. 1983. 279 с.

59. Рытое С.М. Введение в статистическую радиофизику. М.: Наука, 1966. 404 с.

60. Справочник по радиолокации. Под ред. М.Сколника. М.: Сов. Радио, 1976. т. 1.456 с.

61. Schmidt G., Raster R., Czechowsky P. Complementary code and digital filtering for detection of week VHF radar signals from the mesosphere // Geosci. Electron. 1979. GE-11. P. 154-161.

62. Manheimer W.M. Gyrotron and free electron lasers as atmospheric sensor // Phys. Plasmas. 1994. V. 1, N 5. P. 1721-1729.

63. Doviak R.J., Zmic D.S. Doppler Radar and Weather Observations. 2d ed. Academic Press. 1993. 562 p.

64. Степаненко В.Д. Радиолокационное наблюдение атмосферы / «Радиолокационные методы исследования земли» М.: Сов. радио, 1980, с. 223.

65. Ю.А. Дрягин, J1.M. Кукин, Ю.В. Лебский, О.С. Моченееа, М.Д. Токман Активное зондирование облаков, аэрозолей и турбулентности ясной атмосферы при помощи мощных микроволновых генераторов / Сб. "Физика микроволн". ИПФ РАН. Н.Новгород. 1998. С. 61-65.

66. Ю.В.Быков, Ю.А.Дрягин, Л.М.Кукин, М.Д.Токман. Рассеяние миллиметрового излучения в "чистой атмосфере // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1993. т. 36, № Ю. с. 942-944.

67. М. Stolzenbury, Т. Marshall, W. Rust, В. Smull. Horizontal distribution of Electrical and Meteorological conditions across the stratiform region of a nasoscale Convective system//Monthly weather review. 1994. V. 122. P. 1777-1797.

68. В.Ю.Трахтенгерц, E.A.Mapeee, А.Е.Сорокин. Электродинамика конвективного облака // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1997. Т. 40, N 1-2. С. 123.

69. Gaponov-Grekhov A.V., Petelin M.I. High-power high-frequency classical electronics: status, trends and problems // Proc. 1st Int. Conf. "Strong Microwaves in Plasmas". IAP. N.Novgorod. 1991. V. 2. P. 677-692.

70. McEwan N.J., Alves А.Р., Poon H.W., Dissanayake A.W. OTS propagation measurements during thunderstorms // Ann. Telecommunic. 1981. V. 36, N 1-2, P. 102.

71. Schneider T.L., Stephens G.L. Theoretical Aspects of Modeling Backscattering by Cirrus Ice Particles at Millimeter Wavelengths // Journal of the Atmospheric Sciences. 1995. V. 52. N23. P. 4367-4385.

72. C. Tang, K.Aydin. Scattering from Ice Crystals at 94 and 220 GHz Millimeter Wave Frequencies // IEEE Trans. Geosci. and Remote Sensing. 1995. V. 33, N 1, P. 93-99.

73. Ozymu Т. Распространение и рассеяние электромагнитных волн в дожде и других гидрометеорах // ТИИЭР. 1983. Т. 71, N 9. С. 6-65.

74. Cho H-R., Iribarne J.V., Richards W.G. On the Orientation of Ice Crystals // Journal of the Atmospheric Sciences. 1981. V. 38. N 5. P. 1111-1114.

75. Auer A.H., Veal D.L. The Dimension of Ice Crystals in Natural Clouds // Journal of the Atmospheric Sciences. 1970. V. 27. P. 919-926.

76. К.Борен, Д.Хафмен. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир. 1986. 660 с.

77. J.R.Brandon, S.E.Coe, R.S.Sussmann, KSakamoto, R,Sporl, R.Heidinger, S.Hanks. Development of CVD-Diamond r.f. windows for ECRH // Fusion Engineering and Design. 2001. V. 53. P. 553-559.

78. E. V.Koposova, S.E.Myasnikova, V. V.Parshin and S.N. VJasov. The absorption investigation in CVD-diamond disks and windows at 50-200 GHz I I Diamond and related materials. 2002. V. 11, № 8, P. 1485-1490.

79. Dryagin Yu.A., Parshin V. V. A method to measure dielectric parameters in 50.5 mm wavelength band // Int. J. of Infrared and Millimeter Waves. 1992. V. 13, №7. P. 1023-1032.