(1) Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
(2) Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Фрязинский филиал (ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН), Фрязино, Московская обл., Россия

В работе представлены результаты эксперимента по измерению спектров яркостной температуры собственного нисходящего излучения земной атмосферы в K-диапазоне (в полосе частот 18 - 27.2 ГГц). Измерения проводятся практически непрерывно на протяжении пяти лет с помощью многоканального СВЧ радиометра-спектрометра "P22m", расположенного во Фрязинском филиале ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН. Радиометр обладает улучшенной флуктуационной чувствительностью и высокой температурной стабильностью коэффициента усиления антенны, что позволяет проводить длительные сеансы непрерывных наблюдений. Пространственное разрешение радиометра на характеристической высоте распределения водяного пара 2.1 км составляет от 175 до 245 м в зависимости от частоты, что позволяет исследовать пространственно-временную структуру поля влагосодержания атмосферы как при слоистой, так и при кучевой облачности (при средней горизонтальной протяженности кучевого облака в 2-3 км). Для дополнительной интерпретации измерений проводится видеосъемка текущих погодных условий и регистрация приповерхностных значений метеорологических параметров в месте установки радиометра; также используются данные радиозондов, полученные на аэрологической станции ЦАО "Долгопрудная", которая находится примерно в 40 км от г. Фрязино. Проведена сегментация накопленной базы СВЧ радиометрических измерений по следующим категориям погодных условий: безоблачная атмосфера; кучевые облака слабого, среднего или мощного вертикального развития (в отсутствие дождя); слоистая облачность; иные погодные условия. Анализ динамики флуктуаций временного хода яркостной температуры на различных частотах выполнен в широком диапазоне временных интервалов с использованием аппарата структурных функций А.Н. Колмогорова. Показано, что по структурной функции яркостной температуры можно определить средний горизонтальный размер кучевых облаков, проходящих в поле зрения антенны СВЧ радиометра.
Работа выполнена в рамках проекта РФФИ № 20-02-00703 А и частично
проекта РФФИ № 20-07-00200.

Ключевые слова: СВЧ-радиометрия, K-диапазон, яркостная температура, флуктуации, структурная функция, кучевые облака

Литература:

Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.
Кутуза Б.Г., Данилычев М.В., Яковлев О.И. Спутниковый мониторинг Земли: микроволновая радиометрия атмосферы и поверхности. М.: ЛЕНАНД, 2016. 336 с.
Гагарин С.П., Кутуза Б.Г. Влияние флуктуаций радиотеплового излучения атмосферы на чувствительность радиотелескопа // Известия вузов. Радиофизика. 1976. Т. 19, № 11. С. 1636.
Гагарин С.П., Кутуза Б.Г. Самолетные измерения пространственных характеристик флуктуаций радиоизлучения атмосферы на волнах 0,8 и 1,35 см. // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1977. Т. 13, № 12. С. 1307-1311.
Егоров Д.П., Кутуза Б.Г. Влияние облаков на флуктуации радиоизлучения атмосферы в резонансной области водяного пара 18-27,2 ГГц // Материалы Всероссийских открытых Армандовских чтений. Муром : МИ ВлГУ, 2020. С. 231-237.
Egorov D.P., Kutuza B.G. The Influence of Water Vapor and Cumulus Clouds on the Brightness-temperature Fluctuations in the Downwelling K-band Radiation of the Atmosphere // Radiophysics and Quantum Electronics. 2021. Vol. 64. № 8-9. pp. 641-649.
Данилычев М.В., Казарян Р.А., Калинкевич А.А. и др. Наземный радиометр для исследования атмосферы и обеспечения подспутниковых экспериментов // Материалы 9-й Международной научно-технической конференции ARMIMP. М., 2016. С. 76-84.
Kutuza B.G. Spatial and Temporal Fluctuations of the Atmospheric Microwave Emission // Radio Science. 2003. Vol. 38, № 3. pp. 12-1 - 12-7.
Egorov D.P., Kutuza B.G. Atmospheric Brightness Temperature Fluctuations in the Resonance Absorption Band of Water Vapor 18–27.2 GHz // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2021. Vol. 59. №9. pp. 7627-7634.
Егоров Д.П. Многочастотные измерения радиоизлучения атмосферы в резонансной области водяного пара 18-27 ГГц и возможности восстановления интегральных параметров влагосодержания // Сборник трудов XIV Всероссийской научно-технической конференции «Радиолокация и радиосвязь». М. : Изд-во ИРЭ РАН, 2020. С. 233-236.

Видео доклада

Дистанционные методы исследования атмосферных и климатических процессов

417