Экспериментальные исследования собственного излучения пространственных структур облачности в диапазоне 8-13 мкм для их объективного распознавания

• Автор: Артюхов, Александр Викторович
• Шифр специальности: 25.00.29
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Обзор научных результатов по исследованию пространственно-временных структур облачности в ИК-диапазоне спектра
2. Методы и средства проведения измерений пространственно-временных структур собственного излучения облачных полей
2.1. Средства измерения пространственно-временных структур полей излучения (отражения) природных сред
2.1.1 Многоканальный радиометр для исследования радиационной структуры полей природных образований
2.1.2 Малогабаритный низкотемпературный радиометр на область
спектра 8-13 мкм
2.1.3 Сканирующий радиометр высокого пространственного разрешения на область 1,4-13 мкм
2.2. Автоматизированная система для параметризации и распознавания форм и балла облачности (АСПРФО)
2.3. Методика измерений
2.4. Методика обработки
2.5 Выводы по второй главе
3. Классификатор различных форм облачности на основе векторов признаков
3.1 Исследования пространственно-временных структур собственного излучения облачных полей в диапазоне 8-13 мкм
3.1.1. Радиационная модель неба при кучевой (Си) облачности
3.1.2. Радиационная модель неба при слоисто-кучевых (8с) облаках
3.1.3 Радиационная модель неба при высококучевой (Ас) облачности
3.1.4. Радиационные характеристики слоистых (81), высоко-слоистых (Ая) и перисто-слоистых (Ся) облаков в диапазоне от 8 до 13 мкм
3.1.5. Пространственно-временная структура высокослоистой Ая облачности
3.1.5. Пространственно-временная структура слоистой облачности 81

3.1.7. Характерные пространственные структуры полей собственного излучения
облачности
3.1.8. Угловое (по зенитному углу) распределение флуктуаций собственного
излучения мощно-кучевых облаков, полученном по трехмерным изображениям
3.2. Вектор признаков и метод классификации облачности
3.2.1 Коэффициент покрытия (балл облачности)
3.2.2 Индекс многоярусности
3.2.3 Признаки связности
3.2.4 Спектральные признаки
3.3. Методология классификации и результаты
3.4. Выводы по третьей главе
4. Методы исследований направления и скорости движения облачности по ее пространственно-временной структуре собственного излучения в диапазоне 8-13 мкм
4.1. Существующие методы и средства измерений направления и скорости
движения облачности
4.2. Метод определения направления и скорости движения облачности на основе
попарного анализа соседних, по времени, кадров
4.3. Выводы по четвертой главе
Основные результаты и выводы по работе
Список использованной литературы:
Приложение

Введение
Актуальность. Исследование пространственно-временной структуры облаков представляет большой научный интерес для изучения ряда физических процессов в атмосфере, поскольку облака, аэрозоль и водяной пар с точки зрения климата, являются ключевыми объектами, которые отличаются максимальной изменчивостью, подвижностью и многообразием процессов взаимодействий. Именно облака, являясь естественным модулятором приходящего солнечного излучения и уходящего длинноволнового собственного излучения, непосредственно влияют на радиационный баланс планеты, а, следовательно, на климат в глобальном масштабе. Характеристики пространственной структуры облачных полей являются важным источником метеорологической информации и учитываются при оперативном прогнозе погоды.
Кроме задач геофизического характера, исследование пространственной и спектральной структуры полей яркости облаков имеет большое значение для решения ряда задач прикладного характера, таких, как видимость сквозь облака с летательных аппаратов, задач определения условий наблюдаемости объектов на фоне переменной облачности, слежения, навигации и многих других. В этом случае спектральная и пространственная структура излучения облаков может оказаться оптическим фоном, который, наряду с полезным сигналом неизбежно присутствует на входе любой оптико-электронной системы (ОЭС) как нежелательный сигнал (помеха), и его учёт помогает во многих случаях правильно спроектировать ОЭС, оценить возможность ОЭС для решения практических задач, увеличить надежность, чувствительность, дальность действия и многие другие параметры.
Оценки формы и балла облачности являются чрезвычайно важными и для целого ряда прикладных задач - в сельском хозяйстве, где урожайность зависит от освещенности, или в авиации для аэродромных служб, для которых форма и балл облачности являются значимыми характеристиками. Однако до сих пор определение этих характеристик производится субъективно, а в ночное время - вообще не производится. Предварительно проведенные в ФГБУ «НПО «Тайфун» натурные

Кассегрена на площадку приемника 6. Диаметр параболического зеркала 9-300 мм, фокусное расстояние 500 мм, диаметр пятна рассеяния в фокусе меньше 0,03 мм. В качестве приемника используется фотосопротивление на основе Сс11Те, помещенное на внутренней стенке сосуда Дьюара 6 и охлаждаемое жидким азотом. Размеры чувствительной площадки приемника 0,5x0,5 мм. Этот размер и фокусное расстояние объектива определяют пространственное разрешение прибора. Мгновенный угол поля зрения составляет « 3'. Спектральная чувствительность радиометра определяется фильтрами.
Зеркальный модулятор периодически прерывает поток с частотой 500 Гц (или 3000 Гц), направляя на приемник в эти моменты излучение внутренней полости. В результате на приемнике выделяется амплитудно-модулированное напряжение с несущей частотой, равной частоте модуляции, и амплитудой, пропорциональной разности между потоками излучений измеряемого и отраженного от лопастей модулятора. После усиления в блоке 5 осуществляется демодуляция сигнала в блоке
4. Для этого используется синхродатчик. Подробно фазочувствительный детектор описан в [55]. На выходе прибора регистрируется напряжение, пропорциональное разности измеряемого и опорного излучений. Коэффициент пропорциональности был определен при градуировке с использованием модели абсолютно черного тела. В результате градуировки была определена пороговая чувствительность радиометра по яркости. Она составила 3-КГ6 Вт -см“2- ср“1.