Применение доплеровских методов при вертикальном радиолокационном зондировании осадков в широком диапазоне длин волн и пространственно-временных масштабов и длин волн зондирования

• Автор: Коломиец, Сергей Федорович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Атмосфера с осадками как объект исследования контактными инструментами
1.1. Рассеивающие частицы
1.2. Гравитационное падении
1.3. Интенсивность осадков
1.3. Распределение рассеивателей в дождях по скоростям гравитационного падения
1.3. Воздействие турбулентных пульсаций на свободно падающиую частицу
1.4. Перспективы развития моделей микроструктуры дождя
1.5. Улучшение оценок среднего диаметра капель для контактных инструментов
1.6. Выводы
Глава 2. Атмосфера с осадками как объект радиолокационного исследования
2.1. Рассеяние электромагнитных волн атмосферными неоднородностями
2.2. Измерение динамических параметров атмосферы и микроструктуры дождя в режиме вертикального радиолокационного зондирования
2.3. Формы спектров рассеянного поля от дождя в различных диапазонах длин волн
2.5. Выводы
Глава 3. Бимодальные спектры рассеянного поля в дождях
3.1. Общие положения
3.2. Моиомодальные распределения с выбросом спектральной мощности
3.3. Отклонения распределения частиц по размерам от закона гамма-распределения
3.4. Особенности использования коротких волн
3.5. Выводы
Глава 4. Способы интерпретации Х-К зависимости
4.1. Общие положения
4.2. Мультипликативный коэффициент А на подинтервалах у(О)
4.5. Связи между макропараметрами дождя в общем виде
4.4. Обобщенный мультипликативный коэффициент
4.5. Область определения обобщенного мультипликативного коэффициента
4.6. Анализ ошибок аппроксимации интервальными формулами
4.7. Интерпретация измерений X и Я с конечным временем измерения и усреднения
4.8. Интерпретация Х-В соотношений полученных Фудживарой
4.9. Выводы
Заключение
Замечания по реализации
Литература

Список рисунков
Глава
Рис. 1.1. Размеры атмосферных рассеивающих частиц различных атмосферных
образований
Рис. 1.2. Сравнение спектров распределения капель по размерам, полученных с использованием диздрометров Джосса-Валдвогеля и двухракурсным
видеодиздрометром
Рис. 1.3. Распределения капель дождя по размерам, полученные с использованием
двухракурсного видеодпздрометра
Рис. 1.4. Графики аппроксимаций скорости гравитационного падения и их
производные
Рис. 1.5. Графики скорости гравитационного падения в зависимости от высоты
движения капли
Рис. 1.6. Отклонение формы искусственных капель от сферической при падении в
спокойной атмосфере
Рис. 1.7. Относительная погрешность расчета скорости падения 'Vg. по диаметру
капли И
Рис. 1.8. Относительная погрешность расчета диаметра капли Б по скорости
падения
Рис. 1.9. Средняя относительная погрешность расчета интенсивности дождя Я с использованием различных зависимостей скорости гравитационного падения от
диаметра (Б) без учета области аппроксимации
Рис. 1.10. Плотность распределения количества капель по размерам п(О) и шестым
степеням размеров рф) для дождей из Таблицы
Рис. 1.11. Распределение шестых степеней размеров по скоростям гравитационного падения, полученные с использованием квадратичной (толстая
линия) и уточненной (тонкая линия) аппроксимация зависимости vg(D)
Рис. 1.12. Распределения шестых степеней, размеров по скоростям р(У) для
различных значений Е, характеризующих интенсивность турбулентных пульсаций
Рис. 1.13 Частоты наблюдения отражаемостей при проведении совметстных радиолокационно-диздрометрических измерений без предварительной обработки
диздрометрических данных
Рис. 1.14. Результаты совметстных радиолокационно-диздрометрических
измерений с использованием стандартного диздрометра Джосса-Валдвогеля
Рис. 1.15 Разница между диздромегрическим средним и "реальным" средним при
ограничении на минимальный и максимальный размер регистрируемых капель
Рис. 1.16. Схема «радиоконтактного» диздрометра, позволяющего в оперативном режиме оценивать точность и достоверность измерений
Глава
Рис. 2.1. Факторы эффективности обратного рассеяния ()т и С)г
Рис. 2.2. Коэффициент ц(Х) для разлчных длин волн зондирования
Рис. 2.3. Факторы эффективности рассеяния С)т, ()г.и коэффициент ц(Х) для <

Рис. 2.4. Г рафики функции р(т, Р)
Рис. 2.5. Удельная отражаемость турбулентности и осадков на различных длинах волн зондирования

Рис. 2.6. Поправочные множители и
Рис. 2.7. Режимы использования локатора для атмосферных измерений и
простейшая кинематическая модель осадков
Рис. 2.8. График определения средней скорости гравитационного падения капель для мономодального гамма-распределения капель по размерам в зондируемом
объеме
Рис. 2.9. График определения средней скорости гравитационного падения капель для мономодального гамма-распределения капель по размерам, рассчитанный для
2 < ш <50 и соответствующего параметра р с использованием более точной модели
Рис. 2.10. Модели характерных форм спектров, регистрируемых в различных
диапазонах длин волн зондирования (из [56])
Рис. 2.11. Экспериментальные формы спектров, регистрируемых в различных
диапазонах длин волн зондирования (из [56] и [96, 97])
Рис. 2.12. Теоретически полученная форма спектров (распределение шестых степеней размеров капель по скоростям гравитационного падения) дождей из
Таблицы, 1.1. для длин волн Х=3 мм (область резонансного рассеяния)
Рис. 2.13. Теоретически полученная форма доплеровских спектров (распределение шестых степеней размеров капель по скоростям гравитационного падения) дождей из Таблицы 1.2. для длины волны и 7=5 мм (область резонансного рассеяния)
Глава
Рис. 3.1. Характерные бимодальные спектры дождей, выпадающих из
конвективной облачности [25]
Рис. 3.2. График функции Р(т, (3), знак которой показывает наличие или отсутствие
спектрального выброса
Рис. 3.3. Качественные области в координатах т и |3 (параметры формы модифицированной гамма-функции) распределений капель по размерам, которые
формируют спектральный выброс на доплеровеком спектре рессеянного поля
Рис. 3.4. Качественные области в координатах ш и Р (параметры формы модифицированной гамма-функции) распределений капель по размерам, которью формируют спектральный выброс на доплеровеком спектре рессеянного поля при М = 5 Гц и X. = 3 см с указанием границ физической наблюдаемости спектральных
выбросов
Рис. 3.5. Качественные области в координатах ш и Р (параметры формы модифицированной гамма-функции) распределений капель по размерам, которые формируют спектральный выброс на доплеровеком спектре при ДГ = 5 Гц и к = 3 мм рассеянного поля с указанием границ физической наблюдаемости спектральных
выбросов
Рис. 3.6. Распределения шестых степеней диаметров капель для дождей из Таблицы
1.1. (указаны числами у графиков) с учетом «крупных» капель
Рис. 3.7. Теоретически полученные формы доплеровских спектров (распределения шестых степеней диаметров капель по скорости падения) для дождей из Таблицы
1.1. (указаны числами у графиков) с учетом «крупных» капель (см. рис. 3.6) и
различной интенсивности турбулентности
Рис. 3.8. Фактический доплеровский спектр при «возмущении» рассеивающего
объема отдельными крупными каплями
Рис. 3.9. Теоретически полученные формы доплеровских спектров

дождей 1 и 3, имеющих широкое распределение капель по размерам, будут иметь значительные отклонения при использовании «уточненной» и «квадратичной» аппроксимации. Анализируя различия в ширине, а в общем случае - в форме спектров, следует учитывать отклонения в графиках производных соответствующих аппроксимаций, так как именно производные этих функций определяют степень деформации исходных спектров р(0) при переходе к скорости свободного гравитационного падения. Учитывая это можно предположить, что минимальным деформациям будет подвержен спектр дождя 3 из Таблицы 1.1., т.к. значение Об этого спектра практически совпадает с точкой пересечения графиков производных «уточненной» и «квадратичной» аппроксимации (линии 1 и 4 на Рис. 1.4.). Следовательно, характер и степень деформации «уточненного» и «квадратичного» спектров будут близки. Эти же соображения объясняют минимальноое отличие в ширине «уточненного» и «квадратичного» спектров дождя 3. Максимальные отклонения в ширине (и в общем случае - в форме) спектров должны наблюдаться для дождя 1 и 2 (см. линии 1 и 4 на Рис. 1.4.).
Графики изображенные на рис 1.11. иллюстрируют оценки сделанные выше и позволяют графически оценить минимальные и максимальные отклонения параметров распределений получаемые при использовании «уточненной» и «квадратичной» аппроксимации. Минимальная ошибка в расчете положения максимума составляет 0.1-0.2 м/с, а максимальная -около 1.0 м/с. Минимальная ошибка расчета среднеквадратичного отклонения, полученная для дождя 3 составляет 0.08 м/с, а максимальная в пределах 0.22 м/с для дождей 1 и 2.
Такие существенные отклонения могли быть причиной значительных расхождений экспериментальных данных и теоретических оценок, препятствовавших использованию спектральной информации в рамках классических моделей, в составе которых использовалась квадратичная зависимость. Классическая модель к тому же содержит "дополнительные" (не учтенные в рассмотренном выше примере) погрешности, определяющиеся