Метрология радиозондирования атмосферы Марк Фридзон

У нас вы можете скачать книгу Метрология радиозондирования атмосферы Марк Фридзон в fb2, txt, PDF, EPUB, doc, rtf, jar, djvu, lrf!

Nauka I studia , с 59 - Основы авиационной метеорологии СПб.: Ш Температурно-ветровое зондирование атмосферы. Technique of metrological certification of system of network aerological radio sounding of the atmosphere. Листать по выпускам по авторам по заглавиям. Личный кабинет Логин Пароль Запомнить меня.

Инструменты статьи Поиск ссылок. Послать статью по эл. Связаться с автором Необходимо имя пользователя логин. Облако тегов аэродинамические характеристики аэропорт безопасность полетов беспилотный летательный аппарат вертолет воздушное судно воздушные суда воздушный транспорт гражданская авиация долговечность летательный аппарат математическая модель математическое моделирование моделирование надежность несущий винт оптимальное управление покрытие самолет управление воздушным движением эффективность.

Для выполнения требований, которые предъявляют к метеоинфомации радиолокация, радионавигация и связь, а также для внедрения в оперативную практику и дальнейшего развития дистанционных методов зондирования атмосферы необходимо, как минимум, исследовать точность измерений при.

Трудности резко возрастают при решении задачи превращения радиозондового комплекса в метрологически аттестованную измерительную систему с гарантированной точностью измерений температуры и влажности на различных высотах. Сложность выполнения поставленной задачи состоит в том, что измерения при радиозондировании производятся в необычайно жестких условиях свободной атмосферы, а достаточно полная имитация атмосферных условий в лаборатории практически невозможна. Теоретические модели, описывающие физические процессы взаимодействия первичных преобразователей радиозондов со средой, достаточные для проведения вычислений погрешностей измерений температуры и влажности с определенной достоверностью также отсутствуют.

Целью настоящей работы является разработка методических основ и определение достоверности измерений основных термодинамических параметров атмосферы с помощью радиотехнических средств прежде всего радиозондовыми методами, а затем и методами дистанционного зондирования и превращение отечественной оперативной системы радиозондирования в современный автоматизированный измерительный комплекс с гарантированной точностью измеряемых метеопараметров. Провести критический анализ требований, предъявляемых различными потребителями к радиозондовой информации, включая точность измерения параметров среды, точность привязки по высоте, дискретность измерений и т.

На основе анализа результатов, полученных различными авторами, разрабатывающими методики дистанционного зондирования, определить требования, предъявляемые ими к радиозондовым системам и оценить возможность их выполнения на существующей аэрологической сети гидрометеослужбы России и стран СНГ.

Детально исследовать элементную базу, которую можно использовать в качестве первичных преобразователей температуры и влажности, оценить их достоинства и недостатки, а также целесообразность применения в радиозондовых измерительно-информационных системах. Разработать модели и провести с их помощью теоретические исследования, позволяющие учесть результаты взаимодействия первичных преобразователей радиозондов со средой, в которой они находятся.

Получить соотношения, описывающие воздействие на радиозонды таких внешних факторов, как коротковолновое и длинноволновое излучение и смачивание жидкокапельной влагой, существенно влияющих на тепловой баланс первичных преобразователей радиозондов.

Разработать методические основы и наметить пути усовершенствования первичных преобразователей влажности и температуры, которые обеспечивали бы снижение инерционности и повышение точности измерений при радиозондировании, особенно при отрицательных температурах.

Создать испытательные стенды и камеры, имитирующие рабочие условия радиозондирования. Особое внимание должно быть обращено на оснащение испытательных камер прецизионными малоинерционными и высокочувствительными радиотехническими приборами. Стенды и камеры должны пройти Государственную или ведомственную метеорологическую аттестацию в качестве образцовых средств измерений. Только в этом случае их можно использовать для исследования и нормирования метрологических характеристик радиозондов в плане решения поставленных выше задач.

Научно обосновать методику экспериментальных исследований радиозондов в реальных условиях применения. Провести натурные исследования и испытания системы радиозондирования и выдать рекомендации, касающиеся сопряжения первичных преобразователей с радиотехнической частью радиозонда и наземного радиолокационного комплекса, включая его программное обеспечение. Провести сравнение и анализ теоретических расчетов и результатов испытаний радиозондов в натурных условиях и подтвердить или уточнить полученную информацию о достоверности измерений при радиозондировании атмосферы.

Разработать и метрологически аттестовать новые приборы, способные проводить высокоточные измерения температуры и влажности воздуха в условиях низких температур и давлений, и с их помощью провести лабораторные и натурные исследования стандартных радиозондов. Разработать методику позволяющую учесть возникающие при температурно-влажностном радиозондировании систематические и случайные ошибки; разработать методические указания, при использовании которых в оперативной службе радиозондирования можно гарантировать достижение установленных норм точности измерений.

Провести комплекс работ, связанных с внедрением разработанных методик заводской и предполетной поверки радиозондов на предприятиях, выпускающих радиозонды и оперативных аэрологических станциях. С учетом полученных поправок к результатам зондирования стандартной радиотелеметрической системой провести обработку ряда совместных измерений параметров атмосферы дистанционным и контактным методами и исследовать степень их соответствия.

Впервые в практике радиозондирования атмосферы на основе комплексных теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и натурных условиях, разработан и научно обоснован метод перехода от показаний первичных преобразователей температуры и влажности, работающих в условиях свободной атмосферы при различных погодных условиях, времени суток и высотах, непосредственно к параметрам окружающей их среды с указанием погрешностей такого перехода и способов учёта систематических и случайных погрешностей, связанных с этой операцией.

Разработаны научно-методические основы проведения исследований достоверности измерений в свободной атмосфере с помощью радиоэлектронных измерительных систем, к каковым относится система, используемая в настоящее время на оперативной сети радиозондирования нашей страны. Научно обоснованы, вычислены и экспериментально подтверждены величины систематических погрешностей измерений температуры и влажности в свободной атмосфере методом радиозондов.

Существенно уточнены и конкретизированы величины случайных погрешностей радиозондирования. Создан и аттестован Госстандартом РФ комплекс испытательных стендов и камер, обеспечивающих предельно возможную в настоящее время имитацию температурно-влажностного режима атмосферы на различных высотах. Проведены натурные эксперименты при подъёмах на свободных аэростатах до высот км радиозондов, а также датчиков температуры и влажности, включая малоинерционные и прецизионные, позволившие оценить итоги расчетов, моделирования и лабораторных исследований этих датчиков, а также скорректировать величины поправочных коэффициентов, уменьшающих систематические погрешности, связанные с переходом от их показаний к параметрам окружающей среды.

Показаны новые возможности использования радиозондовой информации для усовершенствования и аттестации методов и средств дистанционного зондирования атмосферы путем сопоставления данных дистанционного зондирования с данными метрологически аттестованных радиозондов, имеющих оцененную и нормированную точность измерений.

Выполненные работы позволили провести Государственную аттестацию не только разработанных лабораторных стендов и камер, имитирующих условия радиозондирования, но и аттестовать отечественные радиозонды в качестве средств измерений с выделением и нормированием метрологических характеристик радиозондов, гарантированным и метрологически обоснованным уровнем точности измерений на различных высотах таких важнейших параметров атмосферы как температура и влажность.

Разработана методология оценивания достоверности радиозондирования атмосферы с помощью радиотелеметрических измерительных систем, используемых на аэрологической сети РФ и стран СНГ. Получены теоретические соотношения, позволившие разработать методику определения систематических и случайных ошибок, вызванных влиянием на результаты радиозондирования радиационных факторов, смачивания атмосферными осадками поверхности первичных преобразователей, а также учёта иных факторов, влияющих на точность определения температуры и влажности воздуха при радиозондировании атмосферы.

Исследованы спектральные коэффициенты отражения различных материалов и покрытий, разработано оптимальное антирадиационное покрытие для первичных преобразователей радиозондов - спецэмаль ВЛ Покрытие применяется во всех типах отечественных радиозондов. Разработаны и аттестованы прецизионные первичные преобразователи температуры и влажности, позволившие в лабораторных и натурных условиях провести детальное исследование оперативной системы радиозондирования атмосферы.

Научно обоснованы и определены величины радиационных поправок, а также систематических составляющих и доверительные интервалы случайных погрешностей радиозондирования с заданной вероятностью. Разработан и изготовлен под руководством и с участием автора не имеющий аналогов комплекс камер и стендов, прошедший метрологическую аттестацию в органах Госстандарта РФ, а также полный набор техдокументации, позволяющий осуществить тиражирование установок.

Проведены натурные эксперименты на свободных аэростатах с набором радиозондов, а также стандартных и образцовых преобразователей температуры и влажности, позволившие не только обосновать и осознанно подойти к конструированию первичных преобразователей для радиозондов, а также наметить пути их дальнейшего усовершенствования, но и получить ряд научных результатов, имеющих большое значение для понимания физических процессов, происходящих в свободной атмосфере.

Составлены программы испытаний новых типов радиозондов, с участием автора во всех этапах этих испытаний, в том числе и государственных, внедрены на заводах-изготовителях и на аэрологической сети различные поколения радиозондовых систем.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, позволяющие обеспечить повышение, нормирование и гарантию определенной точности измерений температуры и влажности с помощью существующей в нашей стране оперативной автоматизированной радиолокационно-телеметрической системы радиозондирования атмосферы до максимально возможных высот в дневное и ночное время суток. Величины систематических и случайных погрешностей системы радиозондирования как типа средств измерений в свободной атмосфере до высот 40 км.

Методы определения и контроля точностных параметров первичных преобразователей температуры и влажности в статических и динамических режимах на специально разработанных стендах и камерах, имитирующих различные условия в атмосфере при радиозондировании. Антирадиационное покрытие первичных преобразователей температуры радиозондов и величины радиационных поправок к показаниям отечественных радиозондов.

Камеры и стенды, оснащённые прецизионными приборами, либо воспроизводящие единицу относительной влажности, прошедшие ведомственную и государственную метрологическую аттестацию. Результаты натурных экспериментов по сравнению стандартных и образцовых датчиков температуры и влажности при подъёме комплекса радиоаппаратуры на свободных аэростатах до высоты км. Методы создания объемов воздуха с заданными параметрами по влажности и температуре и установки, позволившие определять и контролировать характеристики радиозондовых преобразователей, новизна которых защищена авторскими свидетельствами.

Результаты теоретических и лабораторных исследований первичных преобразователей радиозондов, позволившие с одной стороны выявить, определить и нормировать значения метрологических характеристик МХ радиозондов, а с другой - наметить пути их дальнейшего усовершенствования. Оценка возможности удовлетворения требований к метеоинформации, получаемой с помощью радиозондов со стороны авиационной и космической метеорологии, дистанционного зондирования, навигации, связи.

Расчетно-экспериментальный метод оценивания точности измерений температуры и влажности в свободной атмосфере контактными методами до высот 40 км. Результаты анализа совместных измерений метеопараметров в свободной атмосфере дистанционным и радиозондовым методами.

Результаты работы легли в основу создания поверочной аппаратуры и ряда методических указаний и инструкций, которые в течении многих лет используются на заводах изготовителях радиозондов, а также в оперативной аэрологической службе Росгидромета.

На предприятиях изготовителях радиозондов внедрено спецпокрытие -эмаль ВЛ, внедрена разработанная автором методика и аппаратура контроля радиационных свойств антирадиационных покрытий преобразователей температуры, позволившая нормировать радиационные поправки к показаниям радиозондов. Разработана с участием автора и внедрена в производство методика градуировки датчиков температуры в минимальном числе точек и с минимальной погрешностью. Рекомендации для отечественной сети радиозондирования, которые позволяют учесть систематические погрешности при подъёме радиозонда до больших высот и значительных удалений.

Созданы, аттестованы и внедрены в научно-исследовательскую практику камеры и стенды, позволяющие максимально возможно имитировать условия свободной атмосферы. Проведённые работы позволили провести Государственную аттестацию радиозондов с указанием гарантированной точности измерений температуры и влажности на разных высотах.

Результаты работы широко применяются в оперативных и научных учреждениях гидрометеослужбы, занимающихся численным прогнозом погоды, а также радиотехнической промышленности при разработках новой радиоизмерительной техники и методов зондирования атмосферы. Материалы, полученные автором, широко известны общественности. Они отражены в публикации автора, включая 17 авторских свидетельств на изобретения, 2 монографии, статьи в научных журналах, сборниках трудов всесоюзных конференций, симпозиумов, совещаний, а также десятках отчётов по НИР и ОКР, методических указаниях и инструкциях, которые в течении многих лет определяют порядок изготовления, поверки и градуировки различных оперативных радиозондовых систем, включая и экспериментальные.

Работы автора [2] и [3] переведены Allorton Press Inc на английский язык и используются в научных учреждениях США , занимающихся вопросами радиозондирования. Материалы, полученные в диссертации докладывались в ряде международных организаций и получили признание Комиссии по приборам и методам измерений Всемирной Метеорологической Организации ВМО.

Представленная диссертация является логическим продолжением и развитием идей, заложенных ее автором в кандидатской диссертации, защищенной в г. Материалы, содержащиеся в докторской диссертации базируются на результатах, опубликованных в более чем научных работах и изобретениях, выполненных лично автором, либо совместно с сотрудниками и аспирантами. Эти работы направлены на решение важной научной и практической проблемы: В работе использованы также материалы тех методических указаний и инструкций, которые были составлены автором или с его участием, и используются не только на оперативной сети радиозондирования гидрометслужбы РФ, но и многими метеорологическими службами других стран, входящими во Всемирную Метеорологическую организацию при ООН.

В разделе заключение и рекомендации формулируются итоги работы, а также даются рекомендации по дальнейшему совершенствованию системы зондирования атмосферы. Большой научный интерес представляют результаты исследований физических процессов, происходящих в свободной атмосфере, приводящих к резким изменениям влажности в атмосфере и причин, которые приводят к таким изменениям влажности воздуха в тонких слоях без существенного изменения их температурного режима.

Ценность и научная значимость данных, полученных в результате аэростатных экспериментов, становится особенно весомой в связи с разработкой и развитием дистанционных радиофизических методов и средств зондирования атмосферы. Совместная обработка данных, полученных с помощью прецизионной аппаратуры и стандартного радиозонда, позволила исследовать и оценить достоверность получаемой при помощи радиозондов информации о вертикальном распределении температуры и влажности, проверить и уточнить величины погрешностей радиозондирования, определенные описанным выше теоретико-экспериментальным методом.

Особую ценность представляет сопоставление данных, полученных прецизионными малоинерционными метрологически аттестованными приборами с данными, полученными стандартными радиозондовыми датчиками. Так как подъемы проводились в дневное и ночное время, то особый интерес представляет анализ результатов, полученных в этих экспериментах, относящийся к влиянию длинноволновой радиации, имитацию которой на показания датчиков в лабораторных условиях осуществить практически невозможно.

Для этой цели использовались соотношения, приведенные в первой главе диссертации 1. Расчеты были выполнены, базируясь на данных, полученных как при помощи прецизионных датчиков температуры и влажности, так и данных синхронных измерений тех же параметров атмосферы, но полученных при помощи стандартных датчиков, которые входят в состав радиозонда. Результаты таких расчетов представлены на рис. Обратим внимание еще на одно обстоятельство.

Переход от воздушной массы с одной влажностью к другой как правило сопровождается некоторым изменением температуры. Однако, такого перепада температуры во многих случаях при помощи высокочувствительного и малоинерционного платинового термометра ПТС не было зарегистрировано рис. Проведён критический анализ требований, предъявляемых различными потребителями к метеорологической информации, получаемой при температурно-влажностном зондировании атмосферы, включая точность измерения параметров среды, диапазона и точности высотной привязки, дискретности измерений и т.

Особое внимание обращено на возможность и необходимость выполнения рекомендаций Всемирной Метеорологической организации ВМО , а также удовлетворения запросов радиометеорологии, навигации и связи. Отсутствие возможности комплексной имитации в лаборатории условий свободной атмосферы потребовало разработать теоретико-экспериментальный метод поэлементной оценки достоверности с последующим вычислением общей погрешности и доказать, что он является единственно возможным для решения поставленных задач.

Этот метод обеспечивает возможность проведения анализа и исследования факторов, влияющих на результаты и точность измерений при радиозондировании, выделение и определение соответствующих. Общие требования к стандартизации и аттестации методик выполнения измерений. Изменчивость метеорологических элементов в атмосфере. Основы анализа брака температурного зондирования, обнаружения по картам барической топографии: Наблюдения на гидрометеорологической сети СССР.

Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Аэрологические наблюдения на станциях. Метрологические характеристики измерительной системы. Тепловые режимы электронной аппаратуры. Основы методики аэрофизических измерений. Исследование антирадиационных покрытий применительно к методике измерения температуры радиозондами: Конвективный тепло- и массоперенос.

Теплопередача при противотоке, прямотоке и перехлёстном токе. Поле длинноволновой радиации в свободной атмосфере справочные данные. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.

Показатели точности измерений и формы представления результатов измерений. Радиационные ошибки радиозондов типа А и РКЗ-2 величины и методика учёта: Проектирование систем автоматического регулирования. Оценка погрешностей результатов измерений. Метрологические основы проектирования аэрологических радиозондов. Справочник по физическим параметрам атмосферы. Исследование и разработка генераторов влажности для целей повышения точности радиозондирования атмосферы: Разработка генератора влажного воздуха и исследование динамических характеристик аэрологических датчиков влажности: Новые расчёты вертикальных профилей влажности для средних широт.

Измерение и регулирование в научных исследованиях и технике. Алгоритм и программа для централизованной автоматической обработки данных радиозондирования атмосферы. Математическое обеспечение ОКА для централизованной автоматической обработки данных радиозондирования атмосферы. Упругость насыщенного водяного пара по новой шкале Кельвина. The effect of time constant of radiosonde sensors on the measurement of temperature and humidity discontinuities in the atmosphere.

Метрологическое обеспечение разработки и эксплуатации нестандартизованных средств измерений. Оценка погрешности измерений температуры и влажности при радиозондировании на аэрологической сети СССР. Метрологические основы обеспечения единства измерений при радиозондировании атмосферы.

III Всесоюзное совещание по теоретической метрологии. Разработка и исследование образцового конденсационного гигрометра для метрологического обеспечения измерений влажности в свободной атмосфере: Final report of Commision for instr. De Bilt, Netherlands, , sept. Радиотепловое излучение облачной атмосферы. К вопросу определения влагосодержания атмосферы по радиотепловому излучению. JL, Гидрометиздат, , с. Радиотепловые измерения влажности атмосферы и интегральной водности облаков.

Физика атмосферы и океана. Современное состояние исследований атмосферы методами акустического и радиоакустического зондирования. Труды VI Всесоюзного совещания по радиометеорологии. Viazankin, Investigation of atmospheric boundary layer temperature, turbulence and wind parameters on the basis of passive microwave remote sensing, Radio Sci.

Радиофизические исследования характеристик влагосодержания тропосферы. Определение водности облаков с помощью наземных радиометрических измерений. О рефракции радиоволн в тропосфере. Радиотехника и электроника, , т. Успехи физических наук, т. Рефракция электромагнитных волн в атмосфере Земли, Марса и Венеры. Программное обеспечение обработки результатов третьей фазы международных сравнений радиозондов. Ground based remote sensing of temperature profiles by a combination of radiometry and radar.

Лидарно-радиометрический метод определения водности перистой облачности. Лидарно-радиометрический комплекс для исследования параметров облачности. Исследование радиоизлучения и поглощения облачной атмосферы в миллиметровом и сантиметровом диапазонах волн. Труды ГГО, , вып. Influence of meteorological ballons on temperature measurements with radiosondes: Анализ текущих изменений температуры свободной атмосферы по радиозондовым данным глобальной сети.

Статистические параметры общего влагосодержания атмосферы и их применение в некоторых прикладных задачах. Методика и результаты радиолокационно-радиометрического зондирования водозапасов зимних облаков.

К расчету коэффициента поглощения сантиметровых и миллиметровых радиоволн в атмосферном кислороде. The absorption of microwaves by uncondensed water vapor.

Water vapor continuum absorption: Radio Sci, 33, , p. Метеорологическое зондирование атмосферы из космоса, JL, Гидрометиздат, A review of ground-based remote sensing of temperature and moisture by passive microwave radiometry.

© Крушина - дерево хрупкое Валентин Сафонов 2018. Powered by WordPress