СВЧ-радиометрия земной атмосферы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

рГ Б од

..-.г.

Российская Академия Наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт радиотехники-и электроники

На правах рукописи Троицкий Аркадий Всеволодович

СВЧ-радиометрия оемной атмосферы (01.04.03 — радиофизика)

Апторефера г

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва, 1994

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательском радиофиоическом институте (г.Н.Новгород)

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор Козлов А.И.

' доктор физико-математических наук профессор Кутуэа В.Г.

доктор физико-математических наук профессор Щукин Г.Г.

Ведущая организация: Институт космических исследовании РАЯ

Защита состоится 17 февраля 1905 г. в 10 часов на заседании спеця*-лнзированного совета Д002.74.02 при Институте радиотехники и электроникл РАН по адресу:

г.Москва, 103007 ГСП-3, ул.Моховая, 11. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке 1ГРЭ РАН. Автореферат разослан * * •/& 1994г.

Ученый секретарь

специализированного совета Д002.74.02 при ИРЭ РАН

кандидат технических наук js\ ¡¡rf,. М.Г.Голубцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Интенсивное развитие дистанционных радиофизических методов исследования Земли как планеты в последние два десятилетия связано с освоением микроволнового диапазона волн и с возможностями использования результатов зондирования для изучения окружающей среды и метеорологии, физики атмосферы и океанологии, различных областей народного хозяйства. Современный этап развития дистанционных методов ¡зондирования характеризуется широким спектральным диапазоном исследований — от ультрафиолетового до микроволнового.

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 метеоусловиях. Возможность же осуществления наблюдений с искусственных спутников Земли открывает уникальные перспективы получения глобальных данных о состоянии атмосферы и поверхности земли. Получение аналогичной информации традиционными прямыми методами практически невозможно. Разнообразие процессов взаимодействия радиоизлучения с системой Земля-атмосфера в различных спектральных участках микроволнового диапазона делает возможным определение широкого класса параметров физического состояния атмосферы и поверхности земли.

Радиофизические методы по принципу действия подразделяются на активные (радарные, лазерные) и пассивные (обычно называемые радиометрическими или радиотеплолокационными). Радиометрические методы зондирования основаны на приеме собственного (теплового) излучения среды исследования и на взаимосвязи радиохарактеристик этого излучения (ослабления, интенсивности, поляризации, толщины скин-слоя и т.д.) с физическими параметрами среды.

Особенностью микроволнового излучения земной атмосферы является чувствительность его радиохарактеристик к большому числу физико-химических параметров: температуре, влажности, водности облаков, давлению, газовому составу, турбулентности и т.д. При атом чувствительность радиохарактеристик к изменениям отдельных параметров существенно различны по спектру. Использование нескольких (наиболее чувствительных) спектральных участков СВЧ диапазона дает возможность определения целого ряда физико-химических параметров атмосферы. Пассивными дистанционными методами зондирования определяются такие важные параметры атмосферы, как высотные распределения температуры и влажности, интегральное содержание парообразной и жидкой воды, зоны и интенсивность осадков, содержание некоторых примесных газов. В нашей стране существенный вклад в развитие этих работ внесли сотрудники ИРЭ РАН, ИФА РАН, ИКИ РАН, ИИФ РАН, ГГО, ЦАО, НИРФИ.

Вместе с тем, несмотря на достижения в этой области, оставались не исследованы вопросы связи радиохарактеристик излучения с температурой и турбулентностью наиболее динамичного пограничного слоя атмосферы, возможности и методы его пассивного температурно-ветрового зондирования при различных состояниях, не решены, в экспериментальном плане, вопросы термического зондирования стратосферы и комплексного определения основных метеопараметров тропосферы. Отсутствовали работы по исследованию взаимосвязи характеристик радиоизлучения атмосферы с давлением и методы его дистанционного определения с аэрокосмических носителей. Оставались слабо исследованы методы радиометрической индикации волновых процессов в атмосфере и их связь с радиохарактеристиками излучения в различных спектральных диапазонах не решены задачи определения параметров этих процессов.

Основные цели работы

1. Проведение теоретических и экспериментальных исследова нии спектральных и угловых особенностей взаимосвязи радиохарак теристик СВЧ излучения атмосферы с температурой, давлением, ве тром, турбулентностью и волновыми процессами типа внутренние гравитационных волн (ВГВ).

2. Разработка физических основ и СВЧ радиометрических ме тодов дистанционного определения профилей температуры и скоро сти ветра пограничного слоя атмосферы, приземного давления, па

раметров атмосферных волновых процессов.

3. Проведение экспериментальных радиометрических исследований указанных параметров в различных географических районах и при различных синоптических ситуациях с целью обоснования применимости разработанных методов и определения их точностных характеристик,

Основные положении, выносимые на ошциту

1. Развиты спектральные радиометрические методы комплексного определения основных параметров тропосферы: профиля температуры, интегральных параметров влаго- и водосодержания, эффективной высоты облаков. Создана, на основе теоретических и экспериментальных исследований характеристик микроволнового излучения атмосферы, единая концепция термического (температурного) зондирования атмосферы от поверхности земли, включгд пограничный слой, до стратосферных высот.

2. Физические принципы пассивного дистанционного зондирования в условиях сильно поглощающей среды, и радиометрический метод термического зондирования пограшгчного слоя атмосферы по его собственному излучению в максимуме полосы поглощения кислорода Ог и — 60 ГГц, позволяющий восстанавливать профиль температуры до высот Л 500 м с точностью ~ 0,5 К и разрешением по высоте от 50 до 100 м -практически при любых метеоусловиях, исключая дожди средней и сильной интенсивности.

3. Обнаружены и исследованы флуктуации радиоизлучения атмосферы на V — 60 ГГц, обусловленные температурной турбулентностью. Метод пассивного дистанционного определения профиля скорости и направления ветра в пограничном слое атмосферы, основанный на радиометрической ипдикации в линии поглощения Оз А 5 мм ветрового переноса турбулентных флуктуаций температуры лрн пространственно разнесенном приеме.

4. Результаты исследований восходящего радиоизлучения системы атмосфера-океан в полосах поглощения кислорода А 5 мм и А 2,5 мм, свидетельствующие о том, что радиохарактеристики этого излучения на склонах линий поглощения (в диапазонах частот, где оптическая толщина г = 1), обусловлены, главным образом, давлением и практически не зависят от температуры атмосферы, степени

взволнованности и температуры морской поверхности. Физические основы и метод дистанционного радиометрического определения атмосферного давления с аэрокосмических носителей по восходящему излучению системы атмосфера-океан на склонах линий поглощения кислорода.. Результаты дистанционных радиометрических исследований на волне А = 6 мм поля приземного давления над морской акваторией с борта самолета.

5. Радиометрический метод индикации внутренних гравитационных волн (ВГВ) в атмосфере при наличии облачности или тумана по собственному СВЧ излучению капельной фракции воды при ее фазовом переходе в парообразное состояние (и наоборот) в процессе адиабатических колебаний воздушной массы, захваченной ВГВ. Результаты обнаружения периодических колебаний интенсивности радиоизлучения ясной атмосферы на Л 5 мм и облачности и туманов на Л 3 мм и Л 2,3 мм, вызванные; ВГВ. Метод и результаты определения параметров ВГВ по данным спектрального радиометрического зондирования на А 5 мм и одночастотным на А 3 мм и А 2,3 мм.

Научная новизна работы

1. Осуществлен общий подход к задаче спектрального и углового термического зондирования атмосферы (от приземных слоев до стратосферы) на основании анализа вариаций и уровней формирования излучения.

2. Развиты и экспериментально апробированы спектральные радиометрические методы комплексного определения основных параметров тропосферы: профилей температуры и влажности, влаго-и водосодержанчя, эффективной высоты облаков.

3. Предложен, разработан и экспериментально проверен радиометрический метод дистанционного определения профилен температуры и скорости ветра в пограничном слое атмосферы с поверхности земли.

4. Разработаны физические основы, предложен и оксперимен-талыю проверен радиометрический метод определения приземного давления с аэрокосмических носителей.

5. Предложены и подтверждены в экспериментах радиометриче-

ские методы индикации внутренних гравитационных волн и определения их основных параметров.

6. Выполнены исследования флуктуации собственного радиоизлучения атмосферы, обусловленных температурной турбулентностью и давлением в наиболее информативных участках микроволнового спектра.

Практическое значение и реализация реоультптоп

работы

Полученные в диссертации теоретические, методические и экспериментальные результаты имеют практическое значение как для радиофизики (развитие радиофизических методов исследования окружающей среды, исследование собственного микроволнового излучения атмосферы), так и в геофизическом аспекте (получение информации о термическом режиме, давлении, скорости ветра, плаго-и водозапасе атмосферы и динамических процессах, пр нисходящих в ней). Оперативное и непрерывное получение указанных параметров необходимо для решения задач мониторинга окружающей среды, краткосрочного прогноза погоды, прогнозирования условий накопления, переноса и турбулентной диффузии вредных атмосферных загрязнений, прогноз опасных метеорологических явлений.

Все основные результаты диссертации были подтверждены в поставленных автором экспериментах, выводы которых использовались при практическом применении результатов диссертационной работы организациями Госкомгидромета.

1. Развитые в диссертации радиометрические методы комплексного зондирования атмосферы использовались на практике для исследований параметров тропической атмосферы в энергетически активных зонах мирового океана для изучения условий зарождения и развития тропических циклов. Исследования проводились с борта Ш1С "Академик Королев" (в рамках международных программ "Тайфун").

2. Радиометрический метод температурно-ветрового зондирования погранслоя атмосферы применялся для зондирования параметров атмосферы при работах по метеорологическому обоснованию выбора площадок для строительства крупных индустриальных объектов на Кольском полуострове и Дальнем Востоке (в рамках требований МАГАТЭ).

3. Опытная установка дистанционного зондирования ногран-слоя использовалась (и используется в настоящее время) в одном из алмазных карьеров Якутии для решения задачи прогнозирования условий загрязнения карьера вредными газовыми примесями.

4. Высокую надежность и точность метода термического зондирования атмосферы (включая погранслой) показали результаты совместных российско-американских экспериментов по комплексному радиометрическому, радиоакустическому и контактному зондированию атмосферы в аэропорту г.Денвера, США (под эгидой Национального управления по исследованиям океана и атмосферы США).

Результаты диссертационной работы использовались при проведении госбюджетных и хоздоговорных НИР.

Таким образом, совокупность сформулированных и обоснованных в диссертации положений можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии перспективного направления в радиофизике: дистанционное зондирование окружающей среды радиофизическими методами.

Апробация результатов

Результаты диссертации докладывались и обсуждались на XV (Алма-Ата, 1987), XVI (Харьков, 1990) и XVII (Ульяновск, 1993) Всесоюзных конференциях по распространению радиоволн, на VI (Таллин, 1982) и VII (Суздаль, 1986) Всесоюзных совещаниях по радиометеорологии, на I (Москва, 1982), II (Фрунзе, 1986), IV (Горький, 1991) Всесоюзных школах-симпозиумах по распространению миллиметровых и субмиллиметровых волн в атмосфере, на Всесоюзных конференциях "Статистические методы обработки "Данных дистанционного зондирования окружающей среды (Минск, 1983, Рига, 1986, Минск, 1989), на I (Ереван, 1990) и II (Муром, 1992) Всесоюз: ных конференциях "Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды", на Всесоюзной школе "Дистанционные радиофизические методы исследования природной среды" (Барнаул, 1991), на Всесоюзном совещании по рефракции олзктромагнитных волн в атмосфере (Томск, 1983), на Международных конференциях: XX Генеральной Ассамблее URSI (Вашингтон, США, 1981), Симпозиуме по тропической метеорологии (Ялта, 1934), XXIII Генеральной Ассамблее URSI (Црага, Чехословакия, 1990), конференции " Микроволновая радиометрия и дистанционное зондирование" (Боулдер, США, 1992, Рим, Италия, 1994), XIV Генеральной Ассамблее УРСИ (Киото, Япония, 1993).

Результаты, полученные в диссертации, систематически обсуждались на семинарах НИРФИ и других научных организаций страны.

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 42 печатных работах и трудах: конференций.

В диссертацию вошли результаты, полученные автором в период с 1980 по 1993 гг.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. В ней содержится 193 страницы текста, 70 рисунков, 16 таблиц. Библиография включает 225 названий.

Деление диссертации на главы соответствует тематике исследований, выполненных при решении указанных выше задач.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дана общая характеристика работы и краткое изложение ее содержания.

Первая глава диссертации посвящена описанию основных характеристик микроволнового излучения земной атмосферы и анализу состояния проблемы дистанционного зондирования. Она носит обзорно-справочный характер. В ней изложены физические основы пассивного дистанционного зондирования параметров атмосферы в микроволновом диапазоне волн и методы решения обратных задач. Сведения этой главы используются в последующих главах при разработке новых радиометрических методов и интерпретации полученных результатов.

Вторая глава посвящена спектральному радиометрическому зондированию атмосферы в микроволновом диапазоне волн. .

В п.2.1 изложен общий подход к задаче спектрального и углового термического зондирования атмосферы на основе анализа вариаций яркостных температур Тхци уровнен формирования излучения Сформулирован принцип эквивалентности частотно-угловых нар

{^«i ©¿} зондирования, определяемых из условия равенства уровней формирования излучения Яв(", ©) на трассе зондирования

©i) = ЯвК, ©m). (1)

Выполнены расчеты зависимостей ©) = const, которые со-

ответствуют полной идентичности условий зондирования и эквивалентности частотно-угловых пар {i/^, ©¿}. Определены значения вариаций яркостиой температуры <5Тд на частотно-угловых парах зондирования. Рассмотрен вопрос о полосе анализа, количестве и частоте каналов при термическом зондировании атмосферы в-ли-шш поглощения кислорода Оз А 5 мм для различных схем зондирования (частотного, углового, комбинированного). Показано, что оптимальные условия для частотного зондирования — измерения на 0 = 0° в 5-6 частотных каналах в полосе 53,5-г 57 ГГц; для углового зондирования — измерения на 53,5 ГГц на 5-6 углах в диапазоне 044-90; для комбинированного зондирования — измерения на ©i = 0° и ©2 = 75° в трех частотных каналах в полосе At/ = 53v5 4- 55 ГГц. Показано, что высота эффективно зондируемого слоя тропосферы составляет величину 4 км, а информативное восстановление профиля температуры T(h) осуществляется до высот ~ 10 км.

В п.2.2 дано описание радиометрического комплекса дистанционного зондирования тропосферы, разработанного в НИРФИ, и методика абсолютных измерений яркостных температур атмосферы в миллиметровом диапазоне волн.

Радиометрический комплекс осуществляет параллельный прием собственного радиоизлучения атмосферы в 8 частотных каналах. Каналы расположены в резонансных областях.поглощения кислорода Оз А 5 мм —• 4 канала температурного зондирования, водяного пара НзО А 1,35 см — 2 канала влажностного зондирования и в микроволновых окнах прозрачности атмосферы А 8 мм и А 3 мм — определение водозапаса. и температуры облаков. Флуктуацнонная чувствительность каналов составила величину ДТя = 0,5 К в диапазонах А 5 к 3 мм и ДТя = 0,1 К в диапазонах А 1,35 см и 8 мм. Прием радиоизлучения происходит на 4 рупорные антенны диапазона А 3; 5; 8 мм и А ],35 см с шириной диаграммы направленности 8°. Калибровка принимаемого радиоизлучения осуществляется с помощью вторичных внутренних шумовых эталанов, прокалиброванных в масштабе яркостных температур двумя "черными" эталонами, которые располагались в дальней зоне антенны V > 1 м и имели температуру либо окружающего воздуха, либо кипящего азота. Точность абсолютных измерений яркостных температур составила величину: 0,4 4- 1,2 К на А 5 мм, 1,8 К на А 1,35 см и 3 мм и 2,2 К на А 8 мм.

Результаты измерений спектра радпояркостных температур атмосферы использовались в п. 2.3 для обращения задачи с целью восстановления высотного профиля температуры Т(Л). Измерения выполнялись на рабочих частотах радиометра V — 53,5; 54,9; 55,0 ГГц на углах ©1 = 0° .и 9 = 75°. При реализованных условиях зондирования уровни формирования излучения зондирующих каналов составили величину. Яд (1/, ©) = 4,0; 2,7; 1,7; 1,2; 0,8; 0,6; 0,4; 0,3 км. Восстановление Т(Л) осуществлялось методом статистической регуляризации. Исходное нелинейное интегральное уравнение для измеряемых яркостных температур имеет вид

я

Тя(и, ©) = I Т{к)К{и, 0, К Т) ¿А, (2)

о

где

у„ — коэффициент поглощения, II — верхняя граница атмосферы. После линеаризации путем подстановки экстраполированных значений температуры в ядро К(у, О, Ь, Т) и алгебранзации тутем линейной аппроксимации температуры па отрезках (И, к) уравнение (2) решалось методом статистической регуляризации, в результате применения которогб решение пол> чается в виде вектора

¿Т = (К*УК + В^)К*УГЯ, (3)

-де Вхт — ковариационная матрица температуры, К — матрица, юлучаемая при алгебраизации уравнения (2), К* — транспонированная матрица, V — матрица ошибок измерений. При восстановлении Т(Н) использовалась априорная информация в виде матрицы Втт и приземного значения температуры То. Восстановление рао-шчных типов профилей Т(Л) показывает, что стратификации Т(к) 'приземные и приподнятые инверсии различной мощности, изотер-*шя, гладкие распределения с различными градиентами) уверенно юсстанавливаются из спектральных радиометрических измерений. Эшибки восстановления профиля температуры при спектральном юндировании составили величину 0,4 т 2,6" (лето) и 0,6 2, 8° Ъима) в интервале высот 0,5 — 10 км соответственно. Эти пна-тення близки к ошибкам восстановления Т(Н) угловым способом на

V — 53,5 ГГц: 0,3-г 2,8° (лето) и 1,1 -г 3,1° (зима), полученные автором ранее."

В п.2.4 положены результаты комплексного спектрального зондирования основных метеопараметров тропосферы: профиля температуры Т(Л), профиля влажности д(Н), интегрального влагосодер-жания <3, водозапаса облаков ТУ, эффективной температуры облаков ^обл или эффективной высоты Лосл*

Решаемая обратная задача фактически разбивается на две самостоятельные: на первом этапе определяются интегральные влажно стные характеристики атмосферы Р7, I известными методами путем измерения собственного излучения на 3-х длинах волн А 1,35 см, А 8 и 3 мм и решением системы линейных уравнений типа

т(А0 = гОа{А<) + тя.о(А,) + гил(А,). (4)

На втором этапе найденные значения , № , I используются для задания ядра К{у , , к , Т) интегрального уравнения (2). После чего, решение обратной задачи термического зондирования (спектр <?) измеряется на А 5 мм) дает высотное ра:пределенне температуры Т(Л). Затем осуществляется привязка ¿о6л к высоте Л по восстановленной зависимости Т(К). Профиль влажности д(Ь) определяется методом статистической регуляризации с использованием найденного значения приземного значения до и ковариационной матрицы В99. Восстановленные значени Т(Н) используются также для определения профиля давления Р(Л), которое рассчитывается по приземному значению Р0 и восстановленному профилю Т(Л) по барометрическим формулам. В п.2.4 приведены результаты комплексного определения основных метеопараметров тропосферы. Разработанная схема и методика дистанционного зондирования реализует следующие точностные характеристики:

— профиль температуры Т(к) .......................0,5 4- 2,5°

в интервале высот Л = 0 -г 10 км; •

— профиль давления Р{к) ............................1т4 мбр

в интервале высот Л = 0 -г 10 км;

— профиль влажности д(Ь) ...........................10 20%

в интервале высот /» = 0 -г 4 км;

— интегральное влагосодержание ..................0,2 г/см2;

— интегральная водность IV

0,05 кг/м2;

— эффективная температура облаков ¿0бл ................2 -Ь 3°

в интервале IV — 0,3 -х- 2 кг/м2;

— эффективная высота облаков Л0бЛ ...............0,4 — 0,5 км

в интервале 1У =. 0, 3 -:- 2 кг/м2.

В п.2.5 изложены экспериментальные результаты по термическому зондированию стратосферы в узких разрешаемых линиях спин-вращательной полосы поглощения кислорода Ог А 5 мм. Термическое зондирование стратосферы в надир.чом варианте было осуществлено с высотного аэростата в совместном (ЦДО, ИКИ РАЯ НИРФИ) эксперименте. Высота подъема аэростата состаьила Нх ~ 30 км, что вполне достаточно для задачи апробирования спутникового варианта зондирования. Измерение собственного восходящего излучения осуществлялось 6-ти канальным спектральным радиометром высокого разрешения, разработанным в ИКИ РАН, который перекрывал полосу анализа Аи — 220 МГц в районе 2-х идентичных линий поглощения О2 ^-п = 57612 МГц и ^4.9 = 61151 МГц. При этом максимумы весовых функций спектральных каналов перекрывал интервал высот 28 — 18 км. Флуктуацнонная чувствительность каналов составила величину от 0,6 К в центре линии до 0,09 К на ее краю. Калибровка принимаемого радиоизлучения осуществлялась о методике, изложенной в п.2.2. На высоте полета Я1 = 30 хм измеренные значения яркостных температур каналов близки к термодинамической температуре атмосферы Т(к) на высоте /ц-, равной высоте максимума соответствующей весовой функции. Этот факт позволяет уверенно использовать регрессионную методику восстановления профиля Т(К) в стратосфере. Однако применение этой методики иногда затруднено из-за отсутствия необходимого статистического материала. В рамках данной работы восстановление Т(Л) осуществлялось методом А.Н.Ткхонова в форме принципа обобщенной невязки, использующим информацию о гладкости точного решения. Приводятся примеры восстановления Т(Л) в нижней стратосфере и нх сравнение с радиозондом. Ошибки восстановления Т(Л) в интервале высот к — 15 4-30 км по трем пускам составили величину ~ 2,5". Увереннно восстанавливалось местоположение тропопаузы и особенности стратификации температуры нижней стратосферы.

В третьей главе представлен радиометрический метод термического зондирования пограничного слоя атмосферы.

В п.3.1 рассматриваются особенности термического ¡зондирования погранслоя как сильно поглощающей среды, и дается постановка оадачи. Физической основой термического зондирования погранслоя является использование углового спектра теплового радиоизлучения атмосферы в максимуме поглощения О2 у = 60 ГГц, где толщина слоя формирующего излучения Нв меняется от 0 до 300 м в зависимости от угла зондирования. Показано, что атмосфера в этой области спектра из-за сильного поглощения представляет собой почти изотермическую абсолютно "черную" среду с температурой, приблизительно равной окружающей температуре То (контраст То — Тя(©) < 3 К). Эта особенность задачи (наряду с сильным поглощением) позволяет осуществить зондирование в условиях облачности и туманов любой мощности и даже дождей слабой интенсивности. На основе рассмотрения температурных весовых функций уравнения (2) сделаны оценки возможностей предложенного метода по высотному разрешению и минимально обнаружимым контрастам температуры на разных высотах.

В.п.3.2 приводится описание радиометрической аппаратуры на и = 60 ГГц (разработка ИКИ РАН) и рассматривается разностная методика радиометрических измерений, приводятся результаты измерений радиоизлучения атмосферы на и = 60 ГГц. Разработанный радиометрический приемник на и = 60 ГГц имеет полосу приема ДР = 3 ГГц и флуктуаиионную чувствительность ДТя — 0, 03 К при постоянной интегрирования 1с. В качестве антенны используется скалярный рупор с шириной диаграммы направленности 6° в первых экспериментах и 2,5°в последующих. Такая антенна обладает малым коэффициентом рассеяния вне главного лепестка.,$ ~ 2 -г 3% и подавлением задних лепестков на ~ 90 дБ. Эффект почти изотермической "черной" среды, какой является атмосфера на V — 60 ГГц фактически реализует ситуацию, когда яркостная температура атмосферы становится равной антенной Тд ~ Тя. Это обстоятельство, наряду с применением антенны с малым /3, позволяет пренебречь влиянием боковых и задних лепестков антенны при угловом сканировании и реализовать разностный метод измерений. В качестве опорного уровня берется излучение самой атмосферы на углах, близких к горизонту О > 88, где яркостная температура, в силу очень большого поглощения, практически совпадает с приземной температурой То .

ДТя(в)=То-Тя(©). (5)

Точность намерении Тя(О) составила величину ~ 0,07 К.

В п.3.3 приводятся экспериментальные результаты по определению высотного профиля температуры пограничного слоя и его динамики, а также результаты радиометрических измерений на и — = 60 ГГц. Термическое зондирование погранслоя выполнялось в различных географических и климатических зонах: г.Рыльск {осень 1989-90 гг.), г. Денвер,-США (зима 1992 г.), г. Обнинск (всспа 1993 г.). Измерения проводились на нГести зенитных углах в — 0; 40; 60; 70; 80; 85°. Яри этом толщина слоя-формирующего излучения составила величину Дв(©) = 300; 225; 150; 100; 50; 25 м. Восстановление профиля Т(А) осуществлялось либо методом А.Н.'1кхонова (Рыльск), либо регрессионным методом (Денвер, Обнинск). Восстановленные значения T{h) сравнивались с данными хонтахтных измерений: привязной аэростат (Рыльск), радиозондирование высокого разрешения (Денвер), метеорологической мачты (Обнинск). Оба метода восстановления Т(К) реализовали практически 'одинаковые точности ~ 0,5°. Экспернменталвные исследования гюкгзалн, что радиометрический метод термического зондирования пограничного слоя атмосферы на v = 60 ГГц позволяет:

— осуществлять термическое зондирование до высот h ~ 500 м с вертикальным разрешением ~ 50 м в интервале высот h — 0~ 200 м и ~ 100 м в интервале h — 200 -j- 500 м;

— реализовать точность восстановления T(h) ~ 0,5f

— уверенно регистрировать основные особенности профиля Т(h) (изотермию, приземну.ю и приподнятую инверсию и их динамику) ;

— осуществлять зондирование при наличии любой облачности и слабых дождей.

Температурному зондированию пограничного слоя атмосферы радиометрическим и радиоакустическими Методами посвящен п.3.4. Одновременное зондирование пограничного слоя обоими методами было выполнено в совместных с WPL/NOAA, США исследованиях зимой 1992 г. в аэропорту г.Денвера. Зондирование осуществлялось четырьмя системами: радиоакустической (РАЭ) на = 915 МГц (А = 33 см) и i/aK = 2 КГц (А ~ 17 см); спектральной радиометрической системой зондирования тропосферы (РЗТ), аналогично описанной в п.2.2; радиометрической системой зондирования погранслоя на v — 60 ГГц (РЗПС); системой радиозондирования США. Восстановление T(h) по результатам радиометрического зондирования осуществлялось регрессионным методом, а по данным РАЗ из

известного уравнения для скорости звука в воздухе

Т(Н) — С3(/1)/401,8 К. (6)

Комбинированное (РАЗ + РЗПС) восстановление Т(Л) осуществлялось методом Роджерса, который в векторной форме имеет вид

Тк = (Ур^з + УрзПС^ (ур^зГраз +.Урз1пс^Ропс), (7)

где вектора Тк, Трдз и Трзпс есть, соответственно, комбинированное, РАЗ и РЗПС — восстановление Т(Ь), Урлз и Урзпс — ковариационные матрицы ошибок восстановления. Средние ошибки восстановления 'Г(Л) в интервале высот Л = 0 1000 м составили: РЗПС — 0,64°; РАЗ — 0,93°; РЗТ — 1,1°; комбинация РАЗ + РЗПС — 0,41°, а для интервала высот Л = 0 -г 600 м — 0,46°; 0,9°; 1,31° и 0,37° соответственно. Комбинация методов РАЗ + РЗПС позволяет практически в два раза повысить точность восстановления Т(И) во всем интервале высот погранслоя Л = 0 -г 1000 м и обеспечить полную вссиогодность измерений.

В п.3.5 рассмотрен вопрос термического зондирования пограничного слоя в задаче турбулентной диффузии примесей в тропосфере. Знание температуркой стратификации погранслоя крайне необходимо в задаче прогнозирования условий накопления, переноса и турбулентной диффузии примесей в тропосфере, т.к. степень устойчивости определяет интенсивность турбулентного обмена между атмосферными слоями и вынос примесей за пределы погранслоя. Экспериментальные исследования влияния температурной стратификации на характеристики загрязнения вредными газовыми примесями пограничного слоя выполнены весной 1991 г. на одном из алмазных карьеров Якутии, подверженного сильной загазованности продуктами сгорания автомобильного дизтоплива (окисью уг лерода СО) и наличием локальных температурных инверсий. На основе проведенных исследований оценены скорости накопления и турбулентной диффузии примесей при образовании и разрушении локальных инверсий температуры.

В 'тетБертой главе приведены результаты экспериментальных исследований флуктуации радиоизлучения атмосферы на и = 60 ГГц и изложен радиометрический метод определения профиля скорости ветра в пограничном слое атмосферы.

В п.4.1 дается анализ пространственно-временных и амплитудных характеристик турбулентности пограничного слоя атмосферы на основе литературных источников.

Результаты обнаружения и исследования флуктуации радиоизлучения атмосферы в центре линии поглощения О2 v = 60 ГГц, обусловленных температурной турбулентностью пограничного слоя изложены в п.3.2. Выполнено исследование спектров флуктуаций радиоизлучения ясной и облачной атмосферы в различных географических зонах (г.Н.Новгород, Ленинградская область, г.Боулдер, США) в 1991-93 гг. Обнаружен максимум п спектре флуктуации радиоизлучения ясной атмосферы с периодом 3 -f-7 мин н амплитудой 0,18 К. Выявлена слабая зависимость этих величин от степени устойчивости- погранслоя, скорости зетра и места проведения эксперимента. Наблюдается сильная корреляция амплитудно-временных характеристик флуктуаций радиоизлучения с изменением интенсивности солнечной радиации. При сплошной однородной облачности или после захода Солнца флуктуации значительно подавлены — среднеквадратичное отклонение составляет 0,04 К.

3 п.4.3 изложены принципиальные возможности и постановка задачи пассивного дистанционного зондирования профиля скорости зетра. Предлагаемый метод основан на радиометрической индикации в линии поглощения кислорода О2 А = 5 мм ветрового переноса турбулентных флуктуаций температуры при пространственно-разнесенном приеме. Одновременная регистрация флуктуаций радиоизлучения атмосферы в 3-х пространственно-разнесенных точках последовательно на нескольких зенитных углах зондирования (т.е. при разной толщине слоя формирующего излучения #в) и их корреляционный анализ позволяет определять среднюю скорость и направление переноса температурной турбулентности на разных высотах. Величина ^выбирается приблизительно равной или кратной вертикальному масштабу температурной турбулентности, который для погранслоя имеет значения Lz ~ 0,7 h (м)

Нд = cos@/7o — nLx или cos 0 ~ nLzyo, (8)

где 7о ^ 3,2 км-1.— приземное значение коэффициента поглощения.

Выполнены количественные расчеты радиояркостных контрастов атмосферы, обусловленных турбулентными флуктуациями температуры пограничного слоя на разных высотах. Определены оптимальные углы зондирования скорости ветра.

Результаты экспериментальной проверки предложенного радиометрического метода определения скорости ветра в пограничном слое атмосферы приведены в п.4.4. Регистрация флуктуаций радиоизлучения пограничного слоя проводилась пространственно разнесенными радиометрами на и = 60 ГГц с базой I = 60 м на зенитных углах 0 = 0; 60; 70° (Яд = 300; 150; 100 м). Сигналы подвер-

гались корреляционной обработке последовательно на каждом угле наблюдения. Величина смещения максимумов корреляционной функции равна времени прохождения турбулентных флуктуаций температуры от одного приемника до другого на соответствующих высотах. Как правило, наблюдаются случаи, когда корреляционная функция имеет два максимума с разной величиной смешения. Это косвенно указывает на то, что в слое 0-г 300 м укладывается два вертикальных масштаба турбулентности, т.е. Lz ~ 150 м и п = 2, Что позволяет определить величину скорости ветра на двух уровнях высоты. Реже наблюдаются случаи с одним (Lt ~= 300 мип = 1) или тремя (Lx = 100 мип = 3) максимумами корреляционной функции.

Экспериментальная проверка метода показала достаточно хорошее совпадение радиометрических данных с данными радиозондирования. Потолок радиометрического зондирования скорости ветра ~ 300 м, высотное разрешение ~ 100 м, точность определения скорости ветра 1 — 2 к/сек.

В пятой главе изложен радиометрический метод определения атмосферного давления по Еосходящему излучению системы атмосфера — поверхность в линиях поглощения кислорода А 5 и 2,53 мм.

В п.5.1 получено линеаризованное уравнение переноса для вариаций яркостной температуры атмосферы для нисходящего и восходящего излучения. Если ограничиться только основными параметрами атмосферы, то коэффициент поглощения 7 есть функция температуры Т, давления Р, абсолютной влажности р и удельной водности облаков w, т.е. 7 = 7 (Т, Р, р, г«). В предположении малости возмущений параметров атмосферы Т, Р, р и>, и параметров поверхности — температуры Тц и коэффициента отражения R получено линеаризованное уравнение переноса для вариаций при наблюдениии в надир вида

со ос

6Т1 = J K].{h)6T(h)dh + J Kl{h)6P{h)dh +

о о

оо то

+ J Kl(h)dp{h)dk + J Kl(h)6w{h)dh + (9)

о 0

+ е-г"[Гя - Tn]SR2 + tT"[l - R2}STa>

где Kj., Kp, Jvj, A'J. — весовые функции параметров атмосферы для восходящего излучения, Тя — яркостная температура нисходящего

получения вида (2). Из выражения (9) следует вывод о том, что при малых возмущениях полные вариации яркостной температуры Т являются суммой вариаций яркостных температур, обусловленных вариациями отдельных параметров атмосферы 6Тд' и поверхности

6ТЪ = £ 5Г*< + 2гг™[Гя - Тп]5Д2 + Вгт- [1 - Ё2]6Тп> (10)

СО

где Х{ суть Т, Р, р, и>, а 61*'= ^ ЛГ*« (Л)*^ (Л) ¿Л.

о

В п.5.2 дана постановка задачи дистанционного радиометрического определения давления и метод ее решения. Принципиальная возможность радиометрического измерения давления основана на существующей зависимости интенсивности излучения атмосферы от количества излучающих молекул или (при неизменной их концентрации) от давления. Наиболее сильно и однозначно такая зависимость проявляется в областях поглощения кислорода Л 5 и 2,53 мм. Выполненные расчеты вариации <5Тд и <5Тд, обусловленных вариациями давления 6Р(к) и температуры 6Т(к) показали, что область максимальных вариаций бТд приходится на диапазон частот, где поглощение г ~ 1 (на длинноволновых склонах линий это частоты 1-1 ~ 51 ГГц и 1>2 — 116 ГГц). Па этот же диапазон частот приходится и область нулевых вариаций 6Тд = 0. Дана физическая интерпретация полученных результатов. Получены уравнения езязи •между вариациями 6Т£ и вариациями приземного давления 6Ро при наблюдении восходящего излучения с различных высот Нх

6Т% .= 0,076бРо Я1 = оо (И)

6Т£ = 0,0926Ро Н = 3 км (12)

Одним из "мешающих"1 факторов в рассматриваемой задаче являются вариации содержания водяного пара С? в атмосфере, корректирующие измерения которых можно осуществить в линии поглощения Я.! О Л 1435 см. Исходя из линеаризованного уравнения для вариаций (10) и учитывая, что ¿^(^.г) = 0. искомая величина для безоблачной атмосферы имеет вид

Кг) = ¿ТяКг) - К^бЯ, (13)

где Кх^бЯ — 5X^(1/1,2) — вариации яркостной температуры, обусловленные вариациями содержания водяного пара <5С? в атмосфере.

В п.5.3 теоретически исследуются особенности восходящего радиоизлучения системы атмосфера — поверхность в линиях поглощения атмосферных газов. Рассмотрено влияние вариаций иолу-чательной способности водной поверхности 8Я1 на интенсивность восходящего излучения. Из уравнения (10)

6Т£ = £-ггг[Гя - ТП]6Д2. (14)

Анализ (14) показал, что влияние вариаций 6В? на склоне линий поглощения Оз (в диапазоне частот и г^) в -4-5 раз слабее, чем в микроволновых окнах прозрачности и даже при сильном ветре (~ 15 м/сек) бТШиг) < 0,15. Чем блия :е к центру линии, тем влияние вариаций ¿Л еще меньше. Это объясняется, с одной стороны, большим поглощением (т.е. экранировкой атмосферы), а с другой, и это главное, — малой разностью Тц — Тп в (14), т.е. эффектом компенсации (сколько недонзлучила поверхность-, столько же, примерно, добавляет атмосфера). В центре линий поглощения Тп — Тя (см.гл.З) такая компенсация становится практически полной (эффект изотермической среды). В разделе рассмотрено также влияние вариаций температуры воды на интенсивность восходящего радиоизлучения в линии поглощения кислорода. Показано, что такое влияние пренебрежимо мало и в задаче дистанционного определения приземного давления может не учитываться.

Результаты экспериментальных исследований .нисходящего радиоизлучения атмосферы на склоне полосы поглощения Оз 1>1 = 51 ГГц приведены в п.5.4. Исследования взаимосвязи вариаций, яркост-ной температуры атмосферы на = 51 ГГц с вариациями температуры и давления проводились весной 1980 г. в Н.Новгороде (с помощью радиометра чувствительностью Д Тя = 0,1 К при постоянной интегрирования т = 10 с). Влияние вариаций интегрального влаго-содержання (} устранялось с помощью корректирующих измерений на Л 1,35 см, которые выполнялись радиометром на и = 22,2 ГГц с чувствительностью ДТя = 0,08 К при постоянной интегрирования г = 4 с. Полученное экспериментально, регрессионное соотношение связи вариаций яркостной температуры атмосфер) ! <- л.чрппннямн приземного давления

гт£(51ГГц) = 0,ШР, (15)

хорошо совпадает с теоретической зависимостью

¿Тя (51 ГГц) = 0,122<5Р0 (16)

В проведенных экспериментах обнаружено наличие теоретически предсказанной частоты на склоне полосы поглощения Оз Л 5 мм,

где вариации яркостной температуры, обусловленные термодинамической температурой, близки к нулю, т.е. 6Тд — 0.

В п.5.5 изложены экспериментальные результаты по дистанционному радиометрическому определению приземного давления с борта самолета. Экспериментальная проверка предложенного метода выполнялась над акваторией Черного моря с борта самолета ИЛ-14 в мае-июне 1981 г. Трасса полетов протяженностью 500 км проходила на высоте Нг = 3 км. Измерения проводились с помощью радиометра на и = 51 ГГц (максимальная чувствительность к изменению давления и минимальная к температуре). Корректирующие измерения в линии водяного пара А 1,35 см проводились с помощью радиометра на V = 22,2 ГГц. Прием радиоизлучения осуществлялся в надир на вертикальной поляризации. Приведенные результаты дистанционных измерений поля приземного давления свидетельствует о хорошем согласии радиометрических данных с данными контактных наземных измерений давления. Ошибки в определении ДРо не превосходят 2 мбар, при этом скорость приземного ветра в экспериментах ("мешающий фактор") менялась в предалах 2 -г 10 м/с, а изменения влагосодержания на трассе составили величину = 0,5 -г 1 г/см2. Уверенно регистрировались зоны повышенного (пониженного) давления и прохождения фронтальных зон.

Глава 6 посвящена дистанционным исследованиям внутренних гравитационных волн в тропосфере радиометрическими методами.

В п.6.1 изложены физические принципы, лежащие в основе радиометрической регистрации ВГВ. Процесс волновых колебаний в ВГВ близок к адиабатическому, т.е. при движении объема воздуха, например вниз, происходит его адиабатический нагрев, и наоборот, при движении вверх — охлаждение. Эти периодические колебания температуры в ВГВ обнаруживаются по соответствующим изменениям интенсивности теплового радиоизлучения атмосферы в линиях поглощения кислорода А 5 и 2,53 мм. В процессе вертикальных колебаний воздушных масс происходит также изменение влагосодержания С} (увеличение <2 при движении воздуха вверх и наоборот). Если воздух насыщен, например, в тумане или облачности, то при вертикальных перемещениях массы тумана или облачности, захваченной ВГВ, происходит периодическое изменение ее водности \¥, как следствие вариаций температуры в адиабатическом волновом процессе. Периодические колебания <3 также регистрируются по собственному радиоизлучению атмосферы в линии поглощения водяного пара А 1,35 см и в окнах прозрачности А 8 и 3 мм.

В п.6.2 приводятся результаты обнаружения и исследования периодических колебаний интенсивности радиоизлучения ясной атмосферы в полосе поглощения кислорода Л 5 мм. Измерения проводились с помощью радиометра на V = 53,5 ГГц (зима 1970 г., г.Норильск), спектрального радиометра на V = 53,5; 54; 54,5; 55 ГГц (зима 1984 г., г.Горький) и радиометра на V — 60 ГГц (1991-92 гг., г.Горький, зима 1992 г., г.Боулдер, США). Анализ временных рядов наблюдаемой динамики яркостных температур Тя(4) осуществлялся методами спектрального Фурье-анализа, позволяющими уверенно выделить периодические составляющие в зависимости Тя(<) на фоне широкого спектра турбулентных флуктуаций излучения атмосферы. Обнаружены колебания яркостной температуры атмосферы с периодами от 2 до 7 мин и амплитудами от 0,1 до 2 К в устойчиво стратифицированной атмосфере. Температурная стратификация, характеристики устойчивого слоя и частоты Бреита-Вяйсяля N определялись по данным восстановления Т(к) из радиометрических измерений на А 5 мм. Теоретически и окспериментально обосновывается, что такие колебания вызваны наличием в нижней тропосфере внутренних гравитационных волн. Результаты выполненных исследований свидетельствуют об удовлетворительном совпадении эксперимента с теорией с учетом факта затухания низкочастотного спектра колебаний ВГВ в нижней тропосфере. Выявлена корреляционная связь между полярными сияниями и наличием ВГБ в тропосфере.

В п. 6.3 изложен метод восстановления параметров ВГВ нз спектральных радиометрических измерений в области полосы поглощения Оз А 5 мм. Идея метода заключается в восстановлении высотного распределения амплитуды периодического возмущения температуры 6Т(пы, к) б ВГВ из спектральных амплитуд яркостной температуры 6Тц{пы, А), полученных при фурье-аналиое многочастотных измерений радиоизлучения атмосферы на «лоне полосы поглощения кислорода 0% А 5 мм. При огом решение для амплитуд возмущения температуры в ВГВ находится либо из интегрального уравнения вида

либо, с учетом известного из теории выражения для амплитуды температуры в ВГВ, из уравнения вида

оо

(17)

о

оо

6Тя(пш, А) = [ л sin - ho)K{\, h)dh;

J ДЛ

o

h0<h< Ло 4- ДЛ.

В (18) Ло и ДЛ — нижняя граница и толщина устойчивого (колеблющего) слоя соответственно.

Уравнение (17) решалось методом А.Н.Ъьчонова, а (18) — численно. По измеренным значениям ш и восстановленным значениям А, Ло и ДЛ, на основании известных соотношений, определяются основные параметры ВГВ: амплитуды вертикальной скорости и вертикального смещения воздуха, высотная локализация процесса, плотность энергии в нем. В п.6.3 приведены экспериментальные результаты по восстановлению параметров ВГВ из многочастотных измерений в полосе А 5 мм, выполненных с помощью 4-х канального радиометра в диапазоне v — 53,5-~ 55 ГГц. Полученные значения параметров исследованных процессов хорошо согласуются с харак- . тсрными параметрами ВГВ и их высотной" зависимостью.

Радиометрический метод регистрации ВГВ в облачности и туманах, а также результаты экспериментальных исследований таких процессов даны в п.6.4. Физической основой метода является радиометрическая индикация фазового перехода жидко-капельной фракции воды в парообразное состояние (и наоборот) в процессе колебаний воздушной массы, захваченной ВГВ. При вертикальном смещении объема воздуха вверх (первый полупернод) происходит адиабатическое его охлаждение, при этом возникает перенасыщение водяного пара и, как следствие, конденсация капель и рост водности. При движении воздуха вниз (второй полупериод) процесс инвертируется. Периодические изменения водности регистрируются по соб- ' ственному СВЧ излучению облачности и туманов в окнах прозрачности атмосферы на А 8; 3 или 2,3 мм.

Экспериментальные исследования волновых процессов в облачности и туманах проводились в г.Кишиневе (весна 1983 г.) и в г.Горьком (лето 1984 г., весна 1994 г.) на длинах волн А 3 и 2,3 мм синхронно с измерениями излучения на А 5 мм. Во влажноустой-чнвой атмосфере обнаружены периодические колебания радиоизлучения облачности и туманов с периодом в несколько минут и амплитудой от 0,3 до 6 К, обусловленные колебаниями интегральной годности. Регистрируемые частоты колебаний водозапаса близки к характеристическим частотам Брента-Еяйсяля, определяемыми по результатам термического зондирования на А 5 мм. Полученные

экспериментальные результаты находятся в хорошем соответствии с физическими представлениями об условиях генерации и распространения ВГВ в нижней тропосфере и с теоретическими расчетами параметров таких волн.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований характеристик микроволнового получения (яркостная температура, поглощение, уровни формирования излучения) разработана единая концепция термического зондирования атмосферы (спектрального и углового) в полосах поглощения Оз А 5 и 2,53 мм.

2. Развиты спектральные радиометрические методы комплексного определения основных параметров тропосферы: профилей температуры, влажности и давления, интегрального влаго*- и водосодер-жанпя, эффективной высоты облаков.

3. Разработан и создан 8-ми канальный радиометрический комплекс дистанционного зондирования основных метеопараметров тропосферы и методика измерений.

4. Осуществлено термическое зондирование стратосферы в узких разрешаемых линиях поглощения Ог = 57612 МГц и

= 61151 МГц с высоты Н\ — 30 км. Выполнено восстановление профиля температуры Т(А) в интервала высот Л = 15 ~ 30 км с точностью 2 -г 3°.

5. Развиты физические принципы дистанционного зондирования в условиях сильно поглощающей квазиизотермическон среды, какой является атмосфера в максимуме полосы поглощения Ог и = = 60 ГГц.

6. Разработан и экспериментально реализох$ан радиометрический метод термического зондирования пограничного слоя атмосферы по ее собственному излучению в максимуме полосы поглощения Оз V = 60 ГГц, позволяющий восстанавливать профиль температуры по одноканальным измерениям до к = 500 м с точностью ~ 0,5 К и разрешением по высоте от 50 до 100 м практически при любых метеоусловиях, исключая дожди средней и сильной ннтенсив-

ности. Осуществлено экспериментальное сравнение предложенного метода с радиоакустическим.

7. Обнаружены флуктуации радиоизлучения атмосферы на V — 60 ГГц, обусловленные температурной турбулентностью пограничного слоя. Исследованы спектры флуктуаций в различных географических зонах. Обнаружен максимум в спекте флуктуаций с периодом 3-7 мин и амплитудой ~ 0,18 К. Выявлена слабая зависимость этих величин от степени устойчивости температурной стратификации и скорости ветра.

8. Разработан и экспериментально реализован метод пассивного дистанционного определения профиля скорости и направления ветра в пограничном слое атмосферы, основанный на радиометрической индикаций в линии поглощения Ог А 5 мм ветрового переноса турбулентных флуктуаций температуры при пространственно-разнесенном приеме.

9. Выявлено экспериментально и объяснено теоретически наличие спектральных участков на склонах линий поглощения Оз А 5 и 2,53 мм (в диапазоне частот г ~ 1), где радиоизлучение атмосферы (нисходящее и восходящее) обусловлено, главным образом, давлением и практически не зависит от температуры атмосферы, степени взволнованности и температуры водной поверхности. Получена теоретически и подтверждена экспериментально статистически устойчивая зависимость интенсивности радиоизлучения атмосферы на V = 51 ГГц (г ~ 1) от величины приземного давления.

10. Предложен и экспериментально реализован дистанционный радиометрический метод определения атмосферного давления с аэрокосмических носителей по восходящему излучению системы атмосфера -океан на склоне линий поглощения кислорода и = 51 ГГц. Выполнены дистанционные исследования поля приземного давления над морской акваторией с борта самолета.

11. Обнаружены экспериментально периодические колебания интенсивности радиоизлучения ясной атмосферы на А 5 мм и облачности и туманов на А 3 и 2,3 мм с периодами в несколько минут. Теоретически и экспериментально обосновано, что такие колебания вызваны наличием в нижней тропосфере ВГВ. Предложен и экспериментально проверен дистанционный радиометрический метод

2Г>

определения вертикальной структуры внутренних гравитационных волн в тропосфере по спектральным измерениям нисходящего излучения в полосе поглощения кислорода Л 5 мм.

12. Предложен и разработан метод радиометрической индикации ВГВ в атмосфере при наличии облачности и туманов по собственному СВЧ излучению капельной фракции воды при ее фазовом переходе в парообразное состояние (и наоборот) в процессе адиабатических колебаний воздушной массы, захваченной ВГВ.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Основные результаты диссерации опубликованы в следующих работах:

1. Рассадовский В.А., Т^сицкии A.B. Дистанционные радиометрические исследования атмосферы в зоне возникновения троииче-ских'циклонов // Пзв.АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1981. Т.17. N 7. С.698.

2. Troitsky V.S.,Volokhov S.A., Rassadovsky V.A., Troitsky A.V. Passive remote sensing of the earth atmosphere by methods of microwave radiometry // Proc. 20-th General Assembly TJRSI, Washington, USA, 1981.

3. Крупнов Ф.А., Троицкий A.B. О возможности радиометрического определения изменений концентрации атмосферного кислорода // 1\>уды 1-ой Всесоюзной школы-симпозиума по распространению ММ и СБММ волн в атмосфере, Москва, 1982. С.307.

4. Троицкий B.C., Жевакин С.А., Наумов А.П., Троицкий A.B. Дистанционное зондирование атмосферы методами СВЧ радиометрии // Тезисы б-го Всесоюзного совещания по радиометеорологии, Таллин,1982.

5. Крупнов Ф.А., Троицкий A.B. Дистанционное определение изменений концентрации атмосферного кислорода и давления радиометрическим методом // Тезисы 6-го Всесоюзного совещания по радиометеорологии, Таллин, 1982.

6. Волохов С.А., Кузнецова М.Г., Рассадовский В.А., Троицкий A.B. Радиометрические исследования атмосферы морских акваторий с борта самолета и НИС // Тезисы 6-го Всесоюзного совещания по радиометеорологии, Таллин, 1982.

7. Троицкий A.B. О возможности дистанционного определения атмосферного давления радиометрческим методом с ИСЗ // Исследование Земли из космоса, 1983. N 4. С.33.

8. Волохов С'.А., Кузнецова М.Г., Рассадовскнй В.А., Троицкий A.B. Радиометрический комплекс дистанционного определения метеопараметров и атмосферной рефракции // Тезисы Всесоюзного совещания по рефракции электромагнитных волн в атмосфере, Томск, 1983. С.244.

9. Волохов С.А., Рассадовскнй В.А., ТЬоицкий A.B. Система радиометрического зондирования основных метеопараметгов атмосферы // Тезисы Всесоюзного совещания "Статистические методы обработки данных и системы дистанционного зондирования окружающей среды", Минск, 1983.

10 Рассадовскнй В.А.,Троицкий A.B. Определение влагосодержа-ния атмосферы по разностным двухчастотным измерениям микроволнового излучения // Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1983. Т.20. N 7. С.566.

11. Волохов С.А., Рассадовскнй В.А., Троицкий A.B. Синенко A.B. Многоканальный радиометр 5 мм диапазона для термического зондирования атмосферы // Радиотехника, 1984. N 4. С.62.

12. Кузенков А.Ф., Троицкий A.B. Регистрация внутренних гравитационных волн в тумане по его собственному СВЧ излучению // Тезисы Всесоюзного совещания "Статистические методы обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды", Рига, 1986. С.157.

13. Троицкий A.B. Дистанционное определение температуры атмосферы из спектральных радиометрических измерений в линии 02 А 5 мм // Изв.ВУЗов. Радиофизика, 1986. Т.29. -N 8. С.878.

14. Троицкий A.B. Исследование внутренних гравитационных волн в атмосфере по ее собственному излучению в ММ диапазоне волн // Труды 2-ой Всесоюзной школы-симпозиума по распространению ММ н СБММ волн в атмосфере, Фрунзе, 1986. С.139.

15. Кузенков А.Ф., Троицкий A.B. Обнаружение методами СВЧ радиометрии волновых колебаний температуры, водности и влажности в пограничном слое атмосферы // 1^УДЫ 7-го Всесоюзного совещания по радиометеорологии, Суздаль, 1986. С.58.

16. Кузенков А.Ф., Троицкий A.B. Обнаружение внутренних гравитационных волн в тумане по его СВЧ излучению // Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1987. T.23. N 5. С.504.

17. Троицкий A.B. Спектральные исследо вания периодических колебаний радиоизлучения атмосферы в линии Oj А 5 мм // Тезисы

15-ой Всесоюзной конференции по распространению радиоволи, Алма-Ата, 19S7. С.251.

18. Кузенков А.Ф., Троицкий А.В. Наблюдение адвективно- радиационного тумана с помощью СВЧ радиометра // Труды ЦАО, 1987. Вып.164. С.36.

19. Гайкович К.П., Троицкий А.В. Восстановление вертикальной структуры внутренних волн в тропосфере по радиометрическим измерениям в линии кислорода Л 5 мм // Тезисы Всесоюзного совещания "Статистические методы и. системы обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды", Минск, 1989. С.103.

20. Гайкович К.П., Кадыгров Е.Н., Троицкий А.В., Шапошников А.Н. Термическое зондирование пограничного слоя атмосферы на v = 60 ГГц // Тезисы Всесоюзной конференции "Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды", Ереван, 1990. С.28.

21. Власов А.А., Кадыгров Е.Н., Косов А.С., Струков И.А., Троицкий А.В., Шапошников А.Н. Измерения температуры стратосферы с помощью аэростатного радиометра на А 5 мм // Тезисы

16-ой Всесоюзной конференции по-распространению радиоволн, ч,2, Харьков, 1990. С.283.

22. Кадыгров Е.Н., Власов А.А., Троицкий А.В., Будилович II.В., Косов А.С., Струков И.А. Аэростатный метод измерения радиотеплового излучения стратосферы в диапазоне 57 -f 61 ГГц // Вопросы радиоэлектроники. Серия ОВР, 1990. N 2. С.28.

23. Власов А.А., Кадыгров Е.Н., Косов А.С., Струков И.А.,Троицкий А.В., Шапошников А.Н., Анискович В.М. Аэростатный эксперимент по измерению радиоизлучения атмосферы на-волне А 5 мм // Исследование Земли из космоса, 1990. N 5. С.11.

24. Troitsky A.V.Remote investigation of spatial and time characteristics of clouds // Prjc. 23-th General Assambly URSI, Prague, Czechoslovakia, 1990. V.l. P.213.

25. Гайкович К.П., Троицкий А.В. Восстановление нертнклльной структуры внутренних волн в тропосфере по mhoi ичаоотным измерениям в линии Oj А' 5 мм // Изв.ВУОок. Радиофизика, 1991. Т.34. N 2. С.103.

26. Бирюков А.Г., Дахэв В.М., Снопик J1.M., Гайко1шч К.II., Троицкий А.В. Наблюдение динамики теплового радиоизлучения леса во время дождя // Тезисы Всесоюзной школы "Дистанционные радиофизические методы исследования природной среды", Барнаул, 1991. С.42.

27. Гайхович К.П., Кадыгров Е.Н., Троицкий А.В. Восстановление профиля температуры стратосферы по спектральным измерениям радиоизлучения в линии Оз А 5 мм с аэростата // Тезисы 4-ой Всесоюзной школы по распространению ММ и СБММ волн в атмосфере, Н.Новгород, 1991. С.140.

28. Троицкий А.В. Дистанционное радиометрическое зондирование пограничного слоя атмосферы // Тезисы 4-ой Всесоюзной школы по распространению ММ и СБММ воли в атмосфере, Н.Новгород, 1991. С.131.

29. ГЪнкович К.П., Кадыгров Е.Н., Косов А.С., Троицкий А.З. Термическое зондирование пограничного слоя атмосферы в центре линии поглощения кислорода// Иов.ВУЗов. Радиофизика, 1992. Т.36. N 2. С.130.

30. Naumov А.Р., Troitsky A.V. Grjund-Based radiometry of the troposphere for problems of ecology and meteorology // Proc.Conf. Microwavé Radiometry and Remote Sensing, Boulder, USA, 1992. P.344.

31. Троицкий А.В. Термическое зондирование пограничного слоя атмосферы: состояние и перспективы // Теоксы 2-ой научной конференции "Применение дистанционных радиофизических методов в исследовании природной среды", Муром, 1992. С.4.

32. Пройдаков В.И., Т1роицкий А.В. Радиометрические исследования температурных флуктуации турбулентного и волнового происхождения в пограничном слое атмосферы на v = 60 ГГц // Тезисы 2-ой научной конференции "Применение дистанционных радиофизических методов в исследовании природной среды", Муром, 1992. С.104.

33. Троицкий А.В., Троицкий Р.В. Определение температуры поверхностной плевки воды по радиометрическим измерениям в линиях поглощения атмосферных газов // Тезисы 2-ой научной конференции "Применение дистанционных радиофизических методов в исследовании природной среды", Муром, 1992. С.43.

34. Troitsky A.V., Gaikovich К.Р., Gromov V.D., Kadygrov E.N., Kosov A.S. Thermal sounding of atniospheric boundary layer in the oxygen absorption band center at 60 GHz // IEEE Trans.Geosc. and Remote Sensing, 1993. V.31. N 1. P.116.

35. Востоков A.B., Гайкович К.П., Снопик JI.M., Сырейщиков В.П., Троицкий А.В. Двухчастотные вертолетные радиометрические исследования мест разлития нефти на озерах и грунте // Те-

оисы 17-ой конференции по распространению радиоволн, Ульяновск, 1993. С.82.

36. Востоков A.B., Гайкович К.П., Снопик JI.M., Сырейщиков В.П., Троицкий A.B. Вертолетные радиометрические измерения озерного льда // Тезисы 17-ой конференции по распространению радиоволн, Ульяновск, 1993. С.104.

37. Маркина H.H., Наумов А.П., Троицкий A.B. О моделях поглощения миллиметровых радиоволн молекулярным кислородом // Тезисы 17-ой конференции по распространению радиоволн, Ульяновск, 1993. С.24.

38. Троицкий A.B. Радиометрическое определение скорости и направления ветра в пограничном слое атмосферы // Изв.ВУЗов. Радиофизика, 1993. Т.36. N 5. С.459.

39. Gaikovich K.P., Snopic L.M., Troitsky A.V. Helicopter radiometry of oil pollutions on lakes and soils // Proc. 24-th General Assembly URSI, Kyoto, Japan, 1993. P. 237.

40. Gaikovich K.P., Snopik L.M., Troitsky A.V. Lake ice helecopter radiometry // Proc. 24-th General Assambly URSI, Kyoto, Japan, 1993. P.225.

41. Iroitsky A.V., Troitsky R.V. Remote sensing of the sea surface // Proc. 24-th General Assambly URSI, Kyoto, Japan, 1993. P.249.

42. Troitsky A.V. Ground-Based radiometric sensing of temperature, wind and pollutants of atmospheric boundary layer // Proc. Conf. Microwave Radiometry and Remote Sensing, Roma, Italy, 1994. P.ll.

Автореферат

Подписано х печати 1.12.94 г. Формат 60x90 1/16. Бумага писчая № 1. Усл. печ. л. 2,5. Усл. кр.-отт. 2,5. Уч.-изд. л. 2,3. Тираж 100 экз. Заказ № 113. Бесплатно.

Отпечатано на ротапринте в Институте прикладной физики РАН, 603600,Н. Новгород, ул. Ульянова, 46