Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2012, № 12 · RADIO WAVE PROPAGATION

Применение методов доплеровской томографии при ветровом зондировании пограничного слоя атмосферы

V.V. Sterliadkin1, A.V. Zheltov1

1 Московский Государственный Университет Приборостроения и Информатики, Russia
Full text (PDF) UDC 551.501.8 EDN PXPOCF

Abstract

The paper discusses the possibility of recovery of the wind profile in the atmosphere based on Doppler systems with continuous unmodulated radiation, which uses new methods of Doppler tomography. The advantages and disadvantages of such systems in comparison with traditional methods of wind sounding are discussed. Methods for increasing the accuracy of solving the inverse tomography problem using the radiation with a known absorption in the atmosphere gas are considered. The results of numerical modeling of direct and inverse problems, the dependence of the quality of solutions on the complexity of the wind profile and the inhomogeneity of reflectivity are presented. The requirements for the parameters of radar, which provides a solution tomography problem in different weather conditions, are discussed.

  • radar meteorology
  • wind profile
  • Doppler tomography
  • inverse problems
Аннотация (на русском)

Применение методов доплеровской томографии при ветровом зондировании пограничного слоя атмосферы

В работе рассмотрены возможности восстановления профиля ветра в атмосфере на базе доплеровских систем с непрерывным немодулированным излучением, в которых используются новые методы доплеровской томографии. Обсуждаются достоинства и недостатки таких систем в сравнении с традиционными методами ветрового зондирования. Исследованы методы повышения точности решения обратной томографической задачи при использовании излучения, имеющего известное поглощение газами атмосферы. Представлены результаты численного моделирования прямой и обратной задач, исследована зависимость качества решения от сложности профиля ветра и неоднородности поля отражаемости. Обсуждаются требования к параметрам радиолокатора, обеспечивающего решение томографической задачи в различных метеоусловиях.

For citation

Sterliadkin V.V., Zheltov A.V. Применение методов доплеровской томографии при ветровом зондировании пограничного слоя атмосферы // Journal of Radio Electronics. – 2012. – No. 12.

References

  1. Каллистратова М.А., Кон А.И. Радиоакустическое зондирование атмосферы. Москва, Наука, 1985, с.198.
  2. Красненко Н.П. Акустическое зондирование атмосферного пограничного слоя.// 2001, Томск, СО РАН, с.280.
  3. North, E.M., A.M. Peterson, H.D., 1973: RASS, a remote sensing system for measuring low-level temperature profiles. Bull. Amer. Meteor. Soc., 54, No 9, 912-918.
  4. Strauch, R.G., K.P. Moran, P.T. May, A.J. Bedard, and W.L. Ecklund, 1988: RASS temperature sounding techniques. NOAA Tech. Memo, ERL WPL-158.
  5. Gordienko V.M., Kormakov A.A., Kosovsky L. A., Kurochkin N. N. Pogosov G.A., Priezzhev A.V., Putivskii Y.Y. Coherent CO2 lidars for measuring wind velocity and atmospheric turbulence // Optical Engineering. 1994. V. 33. N 10. P. 3206-3213.
  6. Kameyama S., Ando T., Asaka K., Hirano Y., Wadaka S. Compact all-fiber pulsed coherent Doppler lidar system for wind sensing // Applied Optics. 2007. V. 46. N 11. P. 1953 - 1962.
  7. Kane T.J., Kozlovsky W.J., Byer R.L., Byvik C.E. Coherent laser radar at 1.06 µm using Nd:YAG lasers // Optics Letters. 1987. V. 12. P. 232-241.
  8. Lehmann V. Use of radar wind profilers in operational networks. 2011.
  9. Ishihara, M., and al. Characreristics and performance of the operational wind profiler network of the Japan Meteorological Agency, J. Meteor. Soc. Japan, 84, 1085-1096, 2006.
  10. Стерлядкин В.В. Кононов М.А., Быковский С.С. Оценка погрешности измерения профиля ветра методом круговых диаграмм с применением метеорологической радиолокационной станции миллиметрового диапазона длин волн. Научный вестник МГТУГА, сер. Радиотехника, № 176, 25-30.
  11. Горелик А.Г., Черников А.А. Некоторые результаты радиолокационного исследования структуры ветра на высотах 50-700 м. Труды ЦАО, вып. 57, 1964.
  12. Горелик А.Г., Пацаева В.А. Измерение ветра в пограничном слое по радиолокационным отражениям от «ясного неба». Метеорология и Гидрология. Н. 3. 1967.
  13. David Atlas, Radar in Meteorology: Battan Memorial and 40th Anniversary Radar Meteorology Conference, published by the American Meteorological Society, Boston, 1990, 806 pages, ISBN 0-933876-86-6, AMS Code RADMET.
  14. Горелик А.Г., Князев Л.В. Систем с непрерывным излучением в метеорологии. Труды XIII Всесоюзной конференции по распространению радиоволн. Горький. 1981.
  15. Kadygrov E.N. Operational aspects of different ground-based remote sensing observing techniques for vertical profiling of temperature, wind, humidity and cloud structure: a review. WMO, IOM Report N 89, WMO/TD N 1309, Geneva, Switzerland, 2006, pp. 39.
  16. Стерлядкин В.В. Определение ветра в осадках при помощи доплеровских систем с непрерывным излучением. Диссертация на соискание учёной степени к.ф.-м.н. -Н. 1982. 195 с.
  17. Горелик А.Г., Стерлядкин В.В. Определение ветра в пограничном слое атмосферы с помощью непрерывных доплеровских систем. - Метеорология и гидрология, 1984, №4 с. 46-52.
  18. Горелик А.Г., Стерлядкин В.В. Ветровое зондирование атмосферы с помощью непрерывных доплеровских систем. Известия, Физика атмосферы и океана. Т. 22, №7, 1986, с. 556-561.
  19. Тихонов, А.Н., Арсенин В.Я., Методы решения некорректных задач, Наука, 1979.
  20. Горелик А.Г., Стерлядкин В.В. Доплеровская томография в радиометеорологии. Известия АН, Физика атмосферы и океана, т. 26, №1, 1990, с. 28-33.
  21. Стерлядкин В.В. Микроволновые и оптические измерения параметров ветра и исследование микроструктуры дождя. Диссертация на соискание ученой степени д.ф.-м.н. - Нижний Новгород, НИРФИ, 1992.
  22. Денисов А.М., Попов А.А., Стерлядкин В.В. Задача доплеровской томографии в случае двумерного векторного поля. Вестник Московского Университета. Сер. 15. Вычислительная математика и кибернетика, 1995. №1, с. 20-23.
  23. Горелик А.Г., Стерлядкин В.В., Желтов А.В. Ветровое зондирование пограничного слоя атмосферы методами доплеровской томографии, НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА, № 168 (6), Москва, 2011
  24. Стерлядкин В.В. Способ определения векторного поля скоростей. А.с. N1795372. 1993. 4с.
  25. Стерлядкин В.В. Способ определения поля скоростей. Патент РФ N2032180 от 27.03.95. 4с.