WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 17 |

Величко, александр павлович разработка ик­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы москва

-- [ Страница 8 ] --

измерений Тип аков значения излучательной способности облаков верхнего и среднего ярусов, полученные из одновременных ИК-радиометрических и радиозондовых измерений. Эти данные, приведенные для сравнения с теми значениями s, которые получены при измерениях по Солнцу, рассчитывались из соотношения:

где L{To6j - энергетическая яркость абсолютно черного тела при температуре воздуха на уровне облака;

^атм(О) - яркость нисходящего излучения атмосферы;

Хэ(О) - функция пропускания подоблачного слоя реальной атмосферы;

L(0) - измеренная величина излучения атмосферы при наличии облаков.

Рис. 1.15. Гистограмма случаев (в %) распределений излучательной Тип облаков Ктм(О) И Хэ(О) рассчитывались по методу, изложенному ранее. Так как высота облака неизвестна, то для определения е температура воздуха бралась на уровне 7 и 9 км для Ci, 3 - 3,5 км для облаков среднего яруса.

Lj(O) равна 0,95 от пропускания всей толщи атмосферы.

Сопоставление результатов, представленных в таблицах 1.8 и 1. показывает, что наблюдается достаточно хорошее соответствие значений излучательных способностей, полученных двумя различными методами.

Используя данные таблиць1 1.8, можно определить вклад облаков среднего яруса в величину радиационных температур подстилающей поверхности Т„, измеряемых со спутника по восходящему излучению. Этот вклад может составлять в среднем около 10°. Если излучательная способность данного перистого облака отличается от среднего, то с учетом среднеквадратичного отклонения Б, представленного в таблице 1.8, погрешность определения Т„, вызванная влиянием Ci, будет составлять ± 2,4°. При измерении высоты верхней границы низких облаков со спутников в случае многослойной облачности ошибка будет составлять около ± 350 м относительно той величины, которая будет получена при учете влияния перистых облаков по средним значениям их излучательной способности.

Учет влияния тонких облаков среднего яруса типа Ас tg таким способом, как и перистых, приводит к значительным ошибкам определения температуры подстилающей поверхности. Эта ошибка может достигать ± 7,5° относительно той величины, которая получается, если использовать среднюю s для Ас tg, представленную в таблице 1.8.

Отметим, что данный метод измерений и расчета, применяемый для определения пропускания облаков, учитывает лишь ослабление излучения Солнца непосредственно облачными элементами. Вклад же собственно толщи атмосферы, находящейся в пределах облака, не входит в измеренную величину пропускания. Оценки показали, что в случае облаков верхнего яруса, расположенных на высотах 7 - 9 км, величина изменения пропускания Jг очень мала, составляя всего 0,001 - 0,002.

Для облаков среднего яруса, которые находятся в среднем на высотах 3,0 - 3,5 км, вклад атмосферы, расположенной в пределах облака.

достигает 0,01. При этом оптическая толщина облака может увеличиваться всего на 0,02.

Используемый метод с успехом можно применять не только для определения ослабления в тонких облаках, но и в более плотных облаках, почти полностью не пропускаюЕщх излучение Солнца. Принципиальное ограничение метода измерения больших оптических толщин связано с «шумовыми» характеристиками принимаемого излучения и шумами самого ИК-радиометра. Эквивалентный аппаратурный «шум» составляет 0,025 мВт/см^хтер. При этом предельное значение оптической толщины hnp, которое можно измерить для идеально прозрачной атмосферы [xi(9,Z)=l] при условии, что Солнце находится в зените, составит около 8,5. Однако, во время проведения измерений высота Солнца была значительно ниже и влагосодержание атмосферы изменялось от 6 до кг/м^, что снижало предельные значения оптических толщин облаков, которые могли быть измерены данным методом.

В таблице 1.11 приведены предельные значения к„р, которые могли быть измерены в условиях проведения эксперимента (б' - зенитный угол Солнца).

Анализ результатов, представленных в таблице 1.11, показывает, что высота Солнца в меньшей степени влияет на предел измерений Иобл, чем прозрачность атмосферы. Поэтому, даже зимой в средних широтах появляется возможность измерить большие по абсолютной величине значения оптических толщин облаков, чем на экваторе. Однако, если использовать секансную зависимость оптической толщины облака от зенитного угла при определении Кбл в направлении зенита, то, несмотря на значительно более низкую прозрачность атмосферы на экваторе, предельные значения измерений к„р там будут значительно выше.

Существует еще одно важное обстоятельство, которое ограничивает использование данного метода измерения оптических толщин плотных облаков. Оно связано с пространственной и временной изменчивостью поля собственного излучения облаков, о котором говорилось выще. Для оптически тонких облаков этот фактор не играет существенной роли, поскольку величина сигнала, идущего от Солнца, L'(9,0) значительно превышает сигнал от облака Ь"(в,О). При наличии же плотных облаков величины Ь'(в,О) и Ь'ЩО) становятся одного порядка, и различие между ними может определяться как добавкой в излучение Солнца, так и статистическими особенностями собственного излучения облаков.

Для оценки возможных пределов измерений Иобд, связанных с пространственно-временными вариациями поля нисходящего излучения атмосферы, были использованы записи противоизлучения атмосферы при длительном наблюдении в направлении зенита. Такого рода ИК-измерения проводились во все сезоны года. Для получения статистических независимых результатов показания прибора снимались через 15 сек. Для каждого облачного массива по снятым величинам интенсивности противоизлучения атмосферы определялись минимальные, максимальные и средние значения вариаций излучения AL, а затем определялись минимальные, максимальные и средние AL для всех облачных массивов рассчитывались предельные значения оптических толщин облаков различных форм, которые можно измерить указанным методом. Для различных форм облаков результаты этих оценок приведены в таблице 1.12.





В таблице указано также число обработанных и проанализированных массивов облаков данного типа. В виду того, что число случаев наблюдений массива облаков каждого типа (за исключением Си) явно недостаточно для получения статистически обеспеченных результатов, данные, представленные в таблице 1.12, следует рассматривать как оценочные. Они дают общее представление о пределах измерений Иобл плотных облаков, обусловленных собственными вариациями поля излучения. Анализ результатов, приведенных в таблице 1.12, показывает, что оптические толщины плотных облаков варьируют от 4 до 7 в зависимости от вида облака. Наиболее плотные облака, имеющие, как правило, однородное поле излучения, имеют более высокие предельные значения Нобл- Следует отметить, что для облаков, оптическая толщина которых порядка 5 - 7, начинают играть заметную роль эффекты рассеяния, которые трудно учесть при обработке результатов измерений.

Значительное число случаев наблюдений массивов типа Си позволили проследить за сезонными изменениями И„р. Значения предельных значений оптических толщин кучевых облаков для различных сезонов года представлены в таблице 1.13.

Анализ данных таблицы 1.13 ноказывает, что нраьстически не наблюдаются сезонные различия в предельных величинах онтических толщин кучевых облаков, измеренных методом но Солнцу.

Были нроведены измерения оптических толщин облаков нижнего яруса типа Sc и Sc tg. Всего было проанализировано 150 случаев. Анализ полученных данных показал, что лишь в 35% случаев оптические толщины облаков тина Sc и Sc tg меньше 5 и могли быть надежно зарегистрированы разработашюй установкой.

Техническое улучшение характеристик радиометра и методики измерений может значительно поднять указанный предел оптических толщин, которые могут быть измерены по Солнцу. Действительно, если использовать модуляционную методику, т.е. осуществить быстрое сканирование направления визирова1шя, при котором на радиометр будет поочередно попадать то излучение Солнца и атмосферы, то одной атмосферы, влияние пространственных вариаций может быть уменьшено более чем на порядок. Это дает возможность надежно определить оптические толщины облаков около десяти, т.е. величины, когда на вход ИК-радиометра поступает лишь тысячная часть излучения Солнца, приходящего на верхнюю границу облака.

Глава 2. Разработка аппаратурного ИК-комплекса и методов измерений параметров атмосферы 2,1. Измерение радиационной температуры НГ облаков из стационарного положения при различных углах зондирования (расширение измеряемого температурного диапазона) Методика совместных измерений в ИК- и видимом спектральном диапазонах на стационарной установке заключается в следующем.

Например, в качестве радиометра применяем современный ИКтермометр фирмы «Raytek», программа которого позволяет получить на выходе непосредственно радиационную температуру поверхности измеряемого объекта (в °С) в аналоговом и цифровом виде. Рабочий спектральный диапазон прибора АХ = 8-^14 мкм, диапазон измерений температуры AT = 223 -f773°K, угол поля зрения 1,6°, точность измерений ± 0,6° К [37].

ИК-термометр и цифровая фотокамера соосно устанавливаются на единой платформе, способной перемещаться по градуировочной дуге в диапазоне углов места от зенита до горизонта с точностью до Г. ИКтермометр и фотокамера работают в течение некоторого интервала времени, который выбирается в зависимости от скорости прохода метеообъекта (облака) через область зондирования. Причем, должны быть зарегистрированы сигналы от всего облака на фоне чистого неба. В течение этого времени радиометр работает непрерывно, а фотокамера дискретно производит съемку исследуемого участка неба для визуального контроля облака (определение типа облака, качественная оценка оптической плотности).

На рис. 2.1 представлена функциональная схема установки.

Излучение, идущее от участка неба, через входное окно попадает на объектив ИК-термометра 2, объектив фокусирует излучение па приемной площадке фотоприемника ИК-термометра. От ИК-термометра сигнал, обработанный и представленный в цифровом виде, поступает на компьютер 4, 5 для систематизации данных и построения диаграмм с температурно-временной разверткой (рис,2,2). От фотокамеры фотоснимок в цифровом виде также поступает на компьютер (рис.2.3).

Рис.2.1. Функциональная схема ИК-установки.

1 - измерительный блок на платформе; 2 - ИК-термометр; 3 цифровая фотокамера; 4 - системный блок компьютера; 5 - монитор.

Данная установка позволяет проводить измерения температуры нижней границы облачности или участка ясного неба только в одном направлении. Дискретное сканирование атмосферы по разным углам места осуществляется при помощи перемещения по градуировочной дуге измерительного узла.

При размещении установки необходимо учитывать, чтобы радиационное влияние окружающих объектов на результаты измерения было минимальным, и им можно было бы пренебречь.

Калибровку ИК-радиометра необходимо проводить регулярно после каждого сеанса измерений. Она осуществляется по двум объектам, радиационные характеристики которых максимально приближены к излучению абсолютно черного тела: талому льду и модели черного тела (массивный зачерненный алюмшшевый диск с электроподогревом и платиновым термометром у излучающей поверхности). Методика калибровки подробно изложена в главе 3.

Рис. 2.2. Температурно-временная диаграмма слоисто-кучевого облака при вертикальном зондировании (по ординате - температура в °С). Нижняя кривая - приземная температура воздуха.

Рис. 2.3. Фотоснимок слоисто-кучевого облака в направлении Однако при зондировании облаков верхнего яруса и ясного неба нижний уровень измеряемого интервала темнератур составляет порядка минус 70°С (температура верхней границы тропопаузы), в то время как у Ж-термометра только - 50°С.



Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 17 |
 


Похожие работы:

« Пастухов Юрий Викторович ИНФОРМАЦИОННО – ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОМЫШЛЕННОЙ КОРРОЗИИ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении) Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – докт. техн. наук, профессор Муха Ю. П. Волгоград - 2014 2 Оглавление Введение.... 5 Глава 1. Современное состояние ...»

« Фесько Юрий Александрович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ФОРМЫ ОБЪЕКТОВ 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук, профессор Тымкул Василий Михайлович Новосибирск – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 1 Аналитический обзор научно-технической и патентной литературы по оптическим и оптико-электронным ...»

« ЛАРИН АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ СПОСОБЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Специальность: 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель -кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бакулин В.Н. Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Резниченко В.И. Москва 2013 2 Содержание ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.