Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Семнадцатая Всероссийская Открытая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»

Участие в конкурсе молодых ученых 

XVII.D.369

Спектральный анализ флуктуаций сигнала самолетного лидара, рассеянного на скоплениях аэрозоля

Мамонтов А.Е. (1), Куликов В.А. (1), Коваль О.А. (1)
(1) Институт физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН, Москва, Россия
Наряду с исследованием атмосферного аэрозоля существует задача определения лидарного определения атмосферной турбулентности , которая является причиной «болтанки» воздушных судов в полете. Перемежаемость зон турбулентности, их резкая локализация в окружающем спокойном потоке, сложность температурно-ветровой стратификации в областях образования турбулентности ясного неба (ТЯН) — все это затрудняет теоретический анализ причин возникновения данного явления и его прогноз. Метеорологические радиолокаторы не обнаруживают ТЯН. Поэтому в настоящее время ведутся интенсивные поиски лидарных методов оперативного обнаружения ТЯН впереди по направлению полета на расстоянии, достаточном для того, чтобы за время подлета, успеть принять меры, необходимые для обеспечения безопасности полета. Флуктуации скорости ветра приводят к вариациям плотности воздуха, которые в свою очередь порождают флуктуации сечения молекулярного рассеяния лазерного ультрафиолетового излучения. Эти флуктуации соответственно отображаются в сигнале, установленного на борту самолета, лидара, действующего в ультрафиолетовом диапазоне диапазоне, и регистрирующего интенсивность молекулярного рассеяния. Использование данного эффекта открывает дополнительную возможность к применению когерентных допплеровских лидаров для обнаружения ТЯН. Однако рассеяние на аэрозоле является помехой при реализации данного метода.
В 2009–2015 при поддержке Комиссии Европейских Сообществ, как часть 7-й рамочной программы, выполнялся проект DELICAT (DEmonstration of LIdar based Clear Air Turbulence detection, Демонстрация обнаружения турбулентности ясного неба при помощи лидара). В ходе указанного проекта был разработан и изготовлен лидар, предназначенный для установки на самолете с целью заблаговременного обнаружения турбулентности ясного. В августе 2013 года были проведены летные испытания самолетного лидара. Летный эксперимент проводился с целью разработки основанных на лидарной технологии методов дистанционного определения зон турбулентности, представляющих опасность для полетов гражданской авиации.
В данной работе проведен анализ спектральных характеристик измеряемого сигнала (на основании архива данных о лидарных измерениях с борта самолета проведенных в рамках проекта DELICAT),а также исследована пространственно-временная структура флуктуаций сигнала УФ лидара, установленного на борту самолета.. Также , в рассеянном назад излучении наблюдается корреляция флуктуаций ко- и кросс- поляризованных компонент рассеянного излучения. Вычисление оценок коэффициентов корреляции между этими компонентами показало, что корреляция увеличивается в тех областях, где аэрозольные частицы группируются, образуя облакоподобные структуры.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 18-35-00368.

Ключевые слова: Турбулентность, лидар, авиация, аэрозоль ,дистанционное зондирование
Литература:
  1. В.А.Банах, В.Л.Миронов Локационное распространение лазерного излучения в турбулентной атмосфере. Новосибирск, Изд. «Наука», (1986), 174с.
  2. Расследование авиационных происшествий и инцидентов, связанных с метеорологическими факторами. Методическое пособие. Росгидромет, Москва, 2009, Издание третье, переработанное и дополненное, гл. 11, §11.5
  3. Huffaker, R. M., and Hardesty R. M., Remote Sensing Velocities Using Coherent Laser of Atmospheric Wind Solid-state and CO2 Systems // Proc. of the IEEE, Vol. 84, No. 2, 1996, pp. 181-204
  4. Feneyrou P., Lehureau J.C., Barny H. Performance evaluation for long range turbulence detection using ultraviolet lidar // Appl. Optics. 2009. V. 48. № 19. P. 3750–3759.
  5. Patrick Vrancken, Martin Wirth, Dimitry Rempel, Gerhard Ehret, Agnes Dolfi-Bouteyre, Laurent Lombard, Thierry Gaudo, David Rees, Herve Barny, Philippe Rondeau, Francis Dalaudier Clear air turbulence detection and characterisation in the DELICAT airborne lidar project, http://delicat.inoe.ro/files/DELICAT_ILRC25.pdf
  6. European Community’s Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) under grant agreement № 233801
  7. J.Kopec,P.Vrancken DELICAT Demonstration of Lidar-Based CAT Clear Air Turbulence) detection. http://elib.dlr.de/87930/1/DELICAT-RoyMetSoc_20140115_DLR-ICM_p.pdf
  8. DELICAT Report Summary, http://cordis.europa.eu/result/rcn/153152_en.html
  9. Gurvich, A. S., and Kulikov V. A.: "Impact of pitch angle fluctuations on airborne lidar sensing ahead along the flight direction", preprint, Atmospheric Measurements Techniques https://doi.org/10.5194/amt-2017-132 (2017)
  10. Mamontov, A.E. and Gurvich A.S.: "The study of the evolution of aerosol concentrations at altitudes of civil aviation." In EGU General Assembly Conference Abstracts, vol. 19, p. 1520. 2017.

Дистанционные методы исследования атмосферных и климатических процессов

192