Акустическое зондирование атмосферного пограничного слоя

• Автор: Красненко, Николай Петрович
• Шифр специальности: 04.00.23
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 334 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С
АТМОСФЕРОЙ
§1.1. Показатель преломления звуковых волн в атмосфере
§1.2. Рассеяние звуковых волн в турбулентной атмосфере
§1.3. Рассеяние звука частицами
§1.4. Поглощение звука в воздухе
§1.5. Турбулентное ослабление звука
§1.6. Выводы
ГЛАВА 2. ПОМЕХИ ПРИ АКУСТИЧЕСКОМ ЗОНДИРОВАНИИ
АТМОСФЕРЫ
§2.1. Общие сведения и классификация
§2.2. Уровень шума и его изменчивость
§2.3. Частотные спектры внешних шумов и их модель
§2.4. Высотное распределение уровня внешнего шума в атмосфере
§2.5. Выводы
ГЛАВА 3. СИСТЕМЫ АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ.
ТРЕБОВАНИЯ К ВЫБОРУ ИХ ПАРАМЕТРОВ
§3.1. Принцип работы и классификация систем акустического зондирования
§3.2. Уравнение акустической локации
§3.3. Требования к выбору параметров акустических локаторов
§3.4. Выбор несущей частоты акустического локатора
§3.5. Принцип построения и конструкция акустического локатора. Локатор

§3.6. Трехканальный акустический локатор МАЛ
§3.7. Акустический локатор «Звзчс-1»
§3.8. Акустический локатор «Звук-2»
§3.9. Выводы

ГЛАВА 4. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРЫ
§4.1. Измерение структурных постоянных флуктуаций температуры и скорости
ветра
§4.2. Учет дополнительного турбулентного ослабления сигнала при содарных
измерениях структурной характеристики флуктуаций температуры
§4.3. Доплеровский метод измерения скорости ветра
§4.4. Методы измерения центральной частоты спектра акустического
сигнала
§4.5. Измерение температуры
§4.6. Эффект непрерывного сканирования диаграмм направленности антенн при
бистатическом зондировании атмосферы
§4.7. Многочастотный метод измерения влажности
§4.8. Выводы
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ РЕФРАКЦИИ НА ПАРАМЕТРЫ ГЕОМЕТРИИ
АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ
§5.1. Система лучевых уравнений в случае акустического зондирования
атмосферы и методология ее решения
§5.2. Рефракционные формулы при моностатическом зондировании
§5.3. Рефракционные формулы при бистатическом зондировании
§5.4. Точностные характеристики рефракционных формул
§5.5. Выводы
ГЛАВА 6. ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОГО ДВИЖЕНИЯ СРЕДЫ ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ ДОПЛЕРОВСКОГО СДВИГА ЧАСТОТЫ И РАЗНОСТИ ФАЗ СИГНАЛОВ НА РАБОТУ СИСТЕМ АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ
§6.1. Физические особенности акустического эффекта Доплера в неоднородной
движущейся среде
§6.2. Известные формулы для описания эффекта Доплера в акустике
§6.3. Вывод формулы для эффекта Доплера в геометрической акустике
неоднородной движущейся среды
§6.4. Рефракционные ошибки измерений скорости ветра в доплеровских
акустических локаторах
§6.5. Физические возможности определения угла прихода волны методом
фазовой пеленгации в случае движения источника и среды
§6.6. Алгоритмы восстановления профилей скорости ветра и температуры при зондировании по углу прихода акустического сигнала (случай фазовой
пеленгации)
§6.7. Выводы
ГЛАВА 7. АКУСТИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ
АТМОСФЕРЫ
§7.1. Зондирование термической структуры пограничного слоя атмосферы.
Интерпретация факсимильных записей
§7.2. Сравнение акустических исследований структуры атмосферного
пограничного слоя с другими дистанционными методами
§7.3. Статистические характеристики температурных инверсий
§7.4. Исследование термической структуры атмосферного пограничного слоя
над океаном
§7.5. Количественные измерения параметров атмосферы
§7.6. Исследование взаимосвязи характеристик стратификации атмосферы с
распределением аэрозолей
§7.7. Исследование взаимосвязи характеристик стратификации атмосферы с
концентрацией газов
§7.8. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

целью восстановления температуры и влажности на основе оценки коэффициента ослабления, требуют детального учета различных механизмов поглощения. Такое требование обусловило необходимость анализа приведенных в работах [83, 84] экспериментальных результатов и полученных на их основе функциональных связей коэффициента поглощения с температурой и влажностью, поскольку большое число исследователей использует именно эти результаты, что может привести и приводит к ряду существенных неточностей.
§ 1.5. Турбулентное ослабление звука
В литературе под термином «турбулентное» ослабление понимают ослабление, обусловленное потерями энергии, выбывающей за пределы звукового пучка вследствие рассеяния на турбулентности [97]. Его еще иногда называют дополнительным ослаблением.
Экспериментальные исследования ослабления звука атмосферной турбулентностью показали [93-96], что оно может изменяться в довольно широких пределах. Ингард [93] сделал вывод, что ослабление ветровыми неоднородностями преобладает над суммарным (классическим и молекулярным) поглощением. Дельсассо и Леонардо [94] получили, что ослабление за счет рассеяния турбулентностью может составлять от 22 до 81% суммарного поглощения. В то же время эксперименты Аубри с сотрудниками [96] продемонстрировали, что в диапазоне изучаемых ими метеоусловий дополнительное ослабление за счет турбулентности незначительно. Однако последующий анализ метеоситуации [97] показал, что наблюдаемая величина су менялась в пределах от 2-10-5 до 2-10—6 град2-м-2/3, что соответственно в 100 и 1000 раз меньше найденной в работе [77] с у для обычного летнего утра при среднем ветре 5 м/с. В отдельном случае, когда су равнялось 210-4 град2-м_2//3, наблюдали дополнительное ослабление приблизительно 10 дБ/км на частоте 4 кГц. В работе [96] получены отношения величин дополнительных ослаблений на двух частотах f = 1250 Гц и / = 2500 Гц в зависимости от скорости ветра для различных высот II над поверхностью земли. Так, для скорости ветра 4 м/с отношение менялось в зависимости от метеоусловий от 1 до 1,8 для II = 67 м, что свидетельствует о сильной частотной зависимости величины дополнительного ослабления. Была отмечена так-