Дистанционное определение вертикальных профилей водности и поля скоростей воздушных потоков в кучевых облаках по наземным и спутниковым измерениям СВЧ-излучения

• Автор: Косолапов, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 c. : ил

Глава I. Современное состояние исследований водности облаков и вертикальных токов в облачной атмосфере

1.1. Исследования по определению интегральной водности облаков

1.2. Параметризация вертикальных профилей водности облаков с помощью естественных составляющих

1.3. Определение вертикальных профилей водности

1.4. Методы определения вертикальных токов в слоистых и кучевых облаках

Выводы

Глава 2. Статистические характеристики вертикальной

структуры водности кучевых облаков

2.1. Отбор и классификация исходного материала

2.2. Статистические характеристики водности

2.3. Естественные ортогональные векторы

Выводы
Глава 3. Дистанционное определение вертикальных профилей водности облаков по наземным измерениям СВЧ-из-лучения
3.1. Постановка задачи
3.2. Информативность исходных соотношений
3.3. Восстановление У(2) методом оптимальной параметризации. Линеаризация задачи
3.4. Нелинейный подход к построению методики восстановления облачнвх профилей водности
3.5. Восстановление профилей водности с учётом нелинейности в уравнении (3.1). Графико-аналитичес-

кий метод последовательных приближений
3.6. Ошибки восстановления профилей водности. Выбор оптимальных длин волн
3.7. Восстановление ¥/(г) совместным методом оптимальной параметризации и статистической регуляризации
Выводы
Глава 4. О возможности дистанционного определения вертикальных профилей водности кучевых облаков из космоса
4.1. Постановка задачи
4.2. Определение профилей водности методом оптимальной параметризации. Линеаризация задачи
4.3. Восстановление профилей водности с учётом нелинейности в уравнении (4.1). Графико-аналитический метод последовательных* приближений
4.4. Оптимальные длины волн и ошибки восстановления профилей водности
Выводы
Глава 5. Дистанционное определение скоростей воздушных потоков в облаках по данным измерений их радио-теплового излучения
5.1. Определение вертикальных токов в облачных полях
5.2. Расчёт поля скоростей в кучевых и мощных кучевых облаках
Выводы
Заключение
Литература
Приложение

При изучении процессов облакообразования, взаимодействия океана и атмосферы (особенно в энергоактивных зонах), в результате которых происходят значительные переносы энергии из нижних слоев тропосферы в верхние, а также при рассмотрении других теоретических и практических задач возникает необходимость в данных о пространственном распределении водности облаков и их временной изменчивости К/ (х,у,2Д). Эти данные дают возможность понять микрофи-зические процессы, происходящие в облаках, а также определить скорости воздушных потоков в зоне облаков и в их непосредственной близости, что представляет и большой практический интерес (например, для нужд авиации). Найденные вертикальные профили водности и скорости воздушных потоков в облаках могут быть использованы при решении вопроса о целесообразности активного воздействия на эти облака.
Необходимый объём и оперативность получения такой информации могуч обеспечить лишь дистанционные методы. В последние годы наибольшее распространение среди дистанционных методов исследования облачной атмосферы получил радиотеплолокационный (СВЧ-радиометри-ческий)метод). Использование метода СВЧ-радиометрии в исследовании облачности особенно эффективно, поскольку он даёт мгновенные значения водозаласов и вертикальных профилей водности, что является практически невозможным с помощью обычных (контактных) методов.
К настоящему времени накоплен обширный материал по измерению СВЧ-излучения облачности на различных частотах, позволяющий определять её различные характеристики, в том числе вертикальные профили водности IV(2) . Однако дистанционному определению профилей VI(2) до сих пор не уделялось достаточного внимания.

Для восстановления Щг) методом статистической регуляризации или оптимальной параметризации прежде всего необходима априорная информация в виде эмпирических статистических характеристик вертикальной структуры облачности. Такая информация для кучевых и мощных кучевых облаков получена в гл.2 и может быть использована при восстановлении профилей водности облаков вертикального развития.
Приступая к решению поставленной задачи, прежде всего необходимо точнее определить какие будут рассматриваться здесь мелкокапельные облака и длины волн, на которых ведется их изучение.
Известно [18,94], что характер взаимодействия СВЧ-излучения с облачными каплями определяется параметром ^-2^1 ,где у -радиус капли, А - длина волны излучения. В общем случае необходимо иметь сведения и о спектре распределения капель по размерам И(г),
Если размеры всех капель на исследуемой волне удовлетворяют условию ^02 , то вариации функции распределения не влияют на величину ослабления. Действительно, в [160] показано, что учет рассеяния в облаках с модальным радиусом капель *1М = 20 мкм необходим лишь на волнах короче ~ 3 мм. На более же длинных волнах (даже в случае крупнокапельных облаков) можно пренебречь рассеянием и спектр поглощения в облаке определяется лишь диэлектрическими характеристиками воды (в случае кристаллических облаков - диэлектрическими характеристиками льда).
Вопрос учета формы капель был исследован в [ш]. Оказалось, что в облаках с модальным радиусом Тм = 5 мкм для волн Я ^ 5 мм можно не учитывать форму капель.
Таким образом, рассматриваемые в данной работе мелкокапельные облака, для которых можно пренебречь рассеянием и не учиты-