Разработка информационного обеспечения акустических комплексов и их применение в исследованиях приземной атмосферы и распространения звуковых волн

• Автор: Стафеев, Павел Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 172 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ПОДХОДЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ И ТУРБУЛЕНТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ
1.1. Общие представления о строении пограничного слоя атмосферы
1.2. Теория подобия для приземного слоя атмосферы
1.3. Устойчивость средних значений
1.4. Методы исследования пограничного слоя атмосферы
1.4.1 Стандартные методы измерений
1.4.2 Локальные ультразвуковые методы
1.4.3 Методы дистанционного акустического зондирования
1.5. Выводы
ГЛАВА 2. АППАРАТ!Ю-ПРОГРАММ! !ЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИЗЕМНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКОВЫХ ВОЛН
2.1. Автоматизированные ультразвуковые метеорологические комплексы (АУМК) для измерения параметров приземного слоя атмосферы
2.1.1. Одноуровневый автоматизированный ультразвуковой метеорологический комплекс
2.1.2. Двухуровневый автоматизированный ультразвуковой метеорологический комплекс с гальванически развязанной системой связи
2.2. Акустические локаторы для зондирования атмосферного пограничного слоя
2.2.1. Мииисодар «мС-1»
2.2.2. Акустический моностатический локатор «ЗВУК-З»
2.3. Стенды для контроля метеорологических и турбулентных характеристик АПС и исследования приземного распространения звуковых волн
2.4. Выводы

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЧИВОСТИ ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ И ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКОВЫХ ВОЛН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АКУСТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
З Л. Исследование изменчивости метеорологического состояния нижней атмосферы
3.2. Мониторинг турбулентности приземного слоя атмосферы
3.3. Акустические исследования структуры, динамики и турбулентности атмосферного пограничного слоя
3.4. Исследование устойчивости параметров турбулентности приземной атмосферы
3.5. Исследование возможностей использования ультразвукового метеорологического комплекса на борту транспортного средства для измерения метеорологических и турбулентных характеристик атмосферы „114
3.6. Выводы
ГЛАВА 4. АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКОВЫХ ВОЛН В ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЕ
4.1. Аппаратно-программный комплекс «Прогноз-3.0»
4.2. Геоинформационный аппаратно-программный комплекс «Прогноз-3.0»
4.3. Выводы
Заключение
Приложение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Диссертационная работа посвящена разработке и созданию информационного обеспечения автоматизированных ультразвуковых метеорологических комплексов для локальных измерений параметров приземного слоя атмосферы, акустических локаторов для дистанционного зондирования атмосферного пограничного слоя, аппаратно-программных комплексов для исследования приземного распространения звуковых волн, прогнозирования их характеристик и дальности звукового вещания.
Актуальность
Атмосферный пограничный слой (АПС) характеризуется наибольшей изменчивостью своего состояния. Детальное изучение и понимание физических процессов, протекающих в АПС необходимо для решения ряда важных фундаментальных и прикладных задач физики атмосферы, распространения волн различной природы.
Для решения этих задач актуален оптимальный выбор информационноизмерительных средств измерений необходимых характеристик атмосферы. Непрерывный рост требований к количеству и качеству измеряемых характеристик, к точности получения текущей и прогностической метеорологической информации, а также к её оперативности, пространственному и временному разрешению, привели к необходимости разработки более совершенных информационно-измерительных средств локальных и дистанционных измерений различных характеристик АПС.
Качественные и количественные характеристики распространяющихся в АПС звуковых волн также определяются метеорологическим состоянием атмосферы, а их прогнозирование во многом определяется исходной метеорологической информацией.
Таким образом, актуальность темы диссертационной работы определяется:

флуктуации, обусловленные турбулентностью, что и приводит к рассеянию звука.
Количественной характеристикой рассеяния звука является сечение рассеяния а(0), имеющее размерность м'1 и представляющее собой приходящуюся на единицу объёма долю падающей мощности излучения, рассеянной в направлении 0 в единичный телесный угол. Для сухого воздуха в предположении статистической однородности и изотропности турбулентности показано [55, 57 - 59], что
о(©) =2-71-к4 соэ2
т.со+щ
с2 2 4-Т
I 2'П “ ГГ
где к = - волновое число звуковой волны, с - скорость звука, Т

температура (К) в рассеивающем объёме, Е(%) и (х) - соответственно спектральные плотности пульсаций скорости ветра и температуры при
О 7 Г®
волновом числе

Величины Е(%) и у(х) определяются «законом 2/3» Колмогорова — Обухова для поля скоростей и для поля температуры:
Е(х) = 0.061 -Су2 г У т(х)= о.озз.с2-г К.
Структурные постоянные флуктуаций скорости ветра Су2 и температуры Ст2 могут быть получены из измерений соответствующих структурных функций
Ог=[г{х)~У{х + г)}2 =с2-г2/ йт = [Г{х)-т(х + г)]2 = с2 г2'3, где У(х) - текущая скорость ветра в точке х в направлении от х к х+г, Т(х) -текущая температура в точке х, У(х+г) и Т(х+г) - соответствующие текущие величины в точке х+г.