WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Лидарная трансмиссометрия слабо замутненной атмосферы

На правах рукописи

Драбенко Валерия Алексеевна

Лидарная трансмиссометрия слабо замутненной атмосферы

Специальность 25.00.30 – метеорология, климатология и

агрометеорология

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени

кандидата физико – математических наук

Санкт – Петербург 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Российский государственный гидрометеорологический университет

Научный руководитель доктор физико-математических наук Егоров Александр Дмитриевич

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук Мельникова Ирина Николаевна кандидат технических наук, доцент Руховец Константин Геннадьевич

Ведущая организация ВКА им.А.Ф. Можайского

Защита состоится 26 апреля 2012 года в 15 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.197.01 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Российский государственный гидрометеорологический университет по адресу: 195196,СанктПетербург, Малоохтинский пр., 98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждении высшего профессионального образования Российский государственный гидрометеорологический университет С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте www.vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан « » марта 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор географических наук, профессор А.И.Угрюмов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Использование лидаров обеспечивает оперативное выполнение измерений прозрачности атмосферы, т.е.

трансмиссометрии, с высоким разрешением. Разработка лидарных методов трансмиссометрии необходима для мониторинга загрязнения воздуха. Однако она предполагает решение проблемы интерпретации лидарной информации, особенно, сложной при зондировании слабо замутненной атмосферы. Это обусловлено существенной ролью случайной и систематической погрешности измерений в таких условиях. С другой стороны, для оценки степени загрязнения атмосферы аэрозольные концентрации загрязненных участков трассы зондирования сравнивают с аэрозольными концентрациями участков слабо замутненной атмосферы. Таким образом, работа посвященная проблеме интерпретации результатов лидарного зондирования слабо замутненной атмосферы, актуальна.





В работе рассматриваются вопросы достоверности, с которой оптические характеристики атмосферного аэрозоля определяются по результатам измерений сигналов обратного рассеяния. При этом учитывается, что коэффициент ослабления невелик, так что характерная оптическая толщина много меньше единицы, а зондирование осуществляется в условиях, когда нельзя пренебречь мощностью фоновой засветки.

Совершенствование методов лидарного зондирования слабо замутненной атмосферы в меньшей степени связано с решением проблемы неопределенности лидарного уравнения. Действительно, его обращение, на котором основана интерпретация результатов, осуществляется для постоянных в пространстве оптических обусловлена математической некорректностью обратной задачи, что негативно сказывается на точности определения искомых величин. Пути решения проблемы, найденные в последнее время, позволяют использовать получаемую лидарную информацию не только для качественного описания состояния атмосферы.

Появляется возможность решения проблемы получения достоверной количественной информации в процессе лидарного мониторинга слабо замутненной атмосферы.

Цель работы - повышение точности результатов лидарной характеристик использующейся аппаратуры.

достижения цели:

анализируются особенности методов решения обратной задачи лидарной трансмиссометрии слабо замутненной атмосферы;

- разрабатываются алгоритмы обработки сигналов лидарного зондирования слабо замутненной атмосферы, учитывающие особенности измерительной аппаратуры и условия зондирования;

обратного рассеяния, принимаемого лидаром;

трансмиссометрии слабо замутненной атмосферы.

компьютерное моделирование с применением данных нат урных экспериментов, статистический анализ.

Научная новизна работы. К основным научным результатам работы, которые выносятся на защиту, относятся:

измерений с допустимыми систематическими погрешностями эхо сигнала, проанализированы ее особенности;

- установлены границы области лидарной трансмиссометрии с допустимыми систематическими погрешностями эхо сигнала с зондирования;

- получена оценка эффективности метода решения обратной задачи лидарного зондирования слабо замутненной атмосферы с учетом особенностей измерительной аппаратуры.

Основные положения, выносимые на защиту:

- разработанная новая методика обработки данных лидарной трансмиссометрии слабо замутненной атмосферы;

лидарной трансмиссометрии;

- результаты оценки эффективности метода решения обратной задачи лидарного зондирования слабо замутненной атмосферы.





Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается тем, что теория построена на известных фактах – проверенном практикой лидарном уравнении; использованы математической статистики с введением обоснованных весовых факторов.

Практическая значимость работы определяется внедрением линеаризованной обратной задачи лидарного зондирования слабо замутненной атмосферы.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались динамика МСАРД-2012» (Санкт-Петербург, 2012);

на научном семинаре «Экология и космос» (Санкт-Петербург, 2011), на итоговой сессии ученого совета РГГМУ (2012).

на Межвузовская научно-практическая конференция военно научного общества курсантов и молодых ученых Перспектива 2012, Воронеж 2012.

Тезисы II Всеросийской научно-технической коференции «Проблемы военной геофизики и контроля состояния природной среды» СПб 2012.

систематизированные в работе, отражены в 11 научных трудах.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы - 102 наименований. В ней содержится 128 страниц текста, 53 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе осуществляется физическая и математическая постановка задачи.

Лидарное уравнение, которое используется для определения оптических характеристик атмосферы, обычно записывается для коротких зондирующих импульсов:

где P* - мощность солнечного излучения, рассеянного атмосферой фоновой засветки), T - коэффициент пропускания атмосферы, Pi, j рассеяния, f - геометрический фактор лидара, A – постоянная лидара, - коэффициент обратного рассеяния, - коэффициент ослабления, ci, j - отрезок [ R i, r j ], по которому вычисляется интеграл в уравнении (1).

В общем случае следует учитывать конечную протяженность зондирующего импульса.

многопозиционного лидарного исследования слабо замутненной атмосферы.

В разработанных ранее методах многопозиционного лидарного исследования атмосферы удалось решить ряд вопросов, в том числе, повысить точность измерений оптических характеристик благодаря характеризующей связь коэффициента ослабления и коэффициента обратного рассеяния.

Вместе с тем, в них не учитывается, что мощность фоновой засветки может быть различной для разных посылок зондирующих дополнительных рассеивающих объемов.

В результате, получается замкнутая система из 15 уравнений засветки. Таким образом, удается повысить точность лидарных атмосферы благодаря учету фоновой засветки в общем случае ее сформулированными результатами, поскольку в ней делается акцент на особенностях лидарных измерений оптических характеристик слабо замутненной однородной атмосферы.

В третьей главе рассматриваются методы многопозиционного длительности.

При многопозиционном лидарном зондировании загрязненной неоднородной атмосферы импульсами конечной длительности оптические характеристики находят из двух систем уравнений, записанных для многоугольников, образованных пересечением трасс зондирования, с учетом и без учета эффекта конечной измерения предлагаемым методом, состоят в том, что измеренные мощности эхо сигналов связаны с оптическими характеристиками неоднородной атмосферы лидарным уравнением для светового импульса конечной пространственной протяженности.

результатов зондирования импульсами конечной длительности аэрозоля неоднородной атмосферы для описания оптических коэффициентом ослабления и коэффициентом обратного рассеяния.

Погрешность методов, связанная с конечностью длительности импульса, в рассмотренных условиях не превышает 10%, т.о. можно ограничиться приближением (1).

В четвертой главе рассматривается решение обратной задачи атмосферы зондировании следует минимизировать сумму:

Для решения задачи в случае слабо замутненной атмосферы, т.е. в случае малых величин, ее можно линеаризовать.

На рисунке 1 представлены результаты расчетов вели чины P* На рисунке 1а рассматриваются расстояния зондирования, начиная с 750 м. На рисунке 1б рассматриваются расстояния зондирования, начиная с 2500 м.

решении обратной задачи, начиная с 750 м, величина фоновой засветки получается зависящей от расстояния зондирования. Это свидетельствует о наличии существенного искажения лидарного сигнала на таких расстояниях.

При решении обратной задачи, начиная с 2500 м, заметной зависимости фоновой засветки от расстояния зондирования не искажений лидарного сигнала на таких расстояниях.

С учетом результатов расчетов величины фоновой засветки, на ослабления, который оказался равным 0,033 км - 1. На рисунке 2а рассматриваются расстояния зондирования, начиная с 2500 м.

Используется решение с линеаризацией. Для сравнения, на рисунке 2б рассматриваются расстояния зондирования, начиная с 3000 м.

дифференцирования m =1800 м, – шаг зондирования. В этом случае используется существенно меньшее число измерений.

Фоновая засветка/10 шум Коэффициент ослабления х 10 1/км Коэффициент ослабления х 10 1/км Рисунок 2 Результаты расчетов коэффициента ослабления величину B.

На рисунке 3 представлены результаты расчетов величины Bi Bn, причем B = 60, По измеренному эхо сигналу и найденным константам можно использовать для оценки шума формулы:

Константа B - относительная величина Константа С x Рисунок 4 Результаты определения связи шума с мощностью эхо замутненной атмосферы для трех зондируемых элементов (i-го, j –го, k –го) можно записать в прежних обозначениях B = A, G = B в виде:

Решение задачи для определения фоновой засветки можно записать в виде:

Случайная погрешность, с которой определяется фоновая засветка, может быть найдена в линейном приближении Для ее вычисления с учетом (7) получается выражение фоновой засветки по формуле (9).

Рисунок 5 Результаты расчетов погрешности величины P* можно записать в виде:

где На рисунке 6 представлены результаты расчета коэффициента ослабления по формуле (10). Здесь i – номер шага, шаг 150 м.

Рисунок 6 Результаты расчетов коэффициента ослабления Расхождение с результатами, представленными на рисунке 3, не превышает 10%.

В заключении сделаны следующие основные выводы:

- разработана новая методика решения обратной задачи, коэффициента ослабления слабо замутненной атмосферы, линеаризованной обратной задачи лидарного зондирования слабо замутненной атмосферы, - проведена модернизация алгоритмов лидарного определения коэффициента ослабления.

Публикации по теме диссертации Публикации в журналах перечня ВАК 1 Егоров А.Д., Потапова И.А., Ржонсницкая Ю.Б., Драбенко зондирования атмосферы // Ученые записки РГГМУ, № 16, 2010.

лидарного зондирования атмосферы при повышении достоверности инженерного университета (г. Воронеж). Выпуск №1 (11) 3 Егоров А. Д., Драбенко В. А. Зондировани е атмосферы импульсами конечной длительности с использованием лидаров // Сборник научных трудов СПб ВМИ № 1, 2009.

научных трудов СПб ВМИ № 1, 2010.

Драбенко В. А. Лидарное зондирование атмосферного научных трудов СПб ВМИ № 2, 2010.

6 Драбенко В. А. Зондирование атмосферы лидарами с использованием импульсов конечной длительности // Сборник научных трудов СПб ВМИ № 1, 2011.

7 Егоров А.Д., Потапова И.А., Ржонсницкая Ю.Б., Драбенко Международного симпозиума МСАРД-2012, СПб, 2012.

данных лидарного зондирования слабо замутненой атмосферы // Тезисы Межвузовская научно-практическая конференция военно научного общества курсантов и молодых ученых Перспектива 2012, Воронеж 2012.

9 Драбенко В.А. Задача лидарного определения оп тическихь параметров атмосферы Тезисы Межвузовская научнопрактическая конференция военно -научного общества курсантов и молодых ученых Перспектива 2012, Воронеж 2012.

10 Драбенко В.А. Возможность определения загрязнеености атмсферы аэрозолями с использованием медотов эластичного рассеяния // Тезисы II Всеросийской научно-технической коференции «Проблемы военной геофизики и контроля состояния природной среды» СПб 2012.

11 Драбенко В.А. Решение обратной задаи лидарного зондирования слабо замутненой однородной атмосферы в случае линеаризации задачи // Тезисы II Всеросийской научно-технической коференции «Проблемы военной геофизики и контроля состояния природной среды» СПб 2012.



Похожие работы:

«Журидов Дмитрий Владимирович МАЙОРАНОВСКИЕ НЕЙТРИНО И ПРОЦЕССЫ С НЕСОХРАНЕНИЕМ ЛЕПТОННОГО ЧИСЛА Специальность 01.04.02 теоретическая физика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва 2006 Работа выполнена на кафедре теоретической физики физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Научный руководитель : доктор физико-математических наук профессор А.В. Борисов Официальные оппоненты...»

«УДК 534.2: 534.1./2 : 534.7 Шмелев Андрей Александрович АКУСТИЧЕСКАЯ ТОМОГРАФИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАССЕИВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТОВ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА Специальность: 01.04.06 – акустика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2011 Работа выполнена на кафедре акустики физического факультета Московского государственного...»

«БУРМИСТРОВ Игорь Сергеевич Влияние электрон-электронного взаимодействия на транспорт в низкоразмерных электронных системах и наноструктурах Специальность 01.04.02 Теоретическая физика Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора физико-математических наук Черноголовка – 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт теоретической физики им. Л. Д. Ландау Российской академии наук. Официальные оппоненты : доктор...»

«НИКИТИН АНДРЕЙ ГЕННАДЬЕВИЧ АСИМПТОТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ НЕЛОКАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ ТИПА РЕАКЦИЯ-ДИФФУЗИЯАДВЕКЦИЯ С ПОГРАНИЧНЫМИ И ВНУТРЕННИМИ СЛОЯМИ 01.01.03 – математическая физика Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Москва 2008 Работа выполнена на кафедре математики физического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова Научный консультант доктор физико-математических наук профессор...»

«Чжэн Шаотао АНАЛИЗ ДВОЙНИКОВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ МАРТЕНСИТНОЙ ФАЗЫ В СПЛАВАХ С ЭФФЕКТАМИ ПАМЯТИ ФОРМЫ Специальность: 01.04.07 – Физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2011 Работа выполнена на кафедре физики твердого тела физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова Научный руководитель : доктор физико-математических наук Хунджуа Андрей Георгиевич...»

«КОЗЛОВ АЛЕКСАНДР БОРИСОВИЧ НЕЛОКАЛЬНОСТЬ ОПТИЧЕСКОГО ОТКЛИКА АТОМАРНЫХ ГАЗОВ, ОДНОМЕРНЫХ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ И ТОНКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК Специальность 01.04.21 – лазерная физика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2004 Работа выполнена на кафедре общей физики и волновых процессов физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова Научный руководитель : доктор...»

«ЛЕРНЕР ИЛЬЯ МИХАЙЛОВИЧ АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В УЗКОПОЛОСНЫХ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМАХ ПРИ СКАЧКАХ ФАЗЫ И АМПЛИТУДЫ ГАРМОНИЧЕСКОГО КОЛЕБАНИЯ Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Казань 2012 Диссертационная работа выполнена на кафедре Радиоэлектронных и квантовых устройств Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения...»

«УДК 530.1 Тарасов Василий Евгеньевич МОДЕЛИ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ С ИНТЕГРО-ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕМ ДРОБНОГО ПОРЯДКА Специальность 01.04.02 Теоретическая физика Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Москва-2011 Работа выполнена в Научно-исследовательском институте ядерной физики имени Д.В. Скобельцина,...»

«Матвеев Иван Алексеевич Методы и алгоритмы автоматической обработки изображений радужной оболочки глаза 05.13.11 – Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов, систем и сетей АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном...»

«Дорофеев Николай Юрьевич О свойствах задач и алгоритмов разметки точечных конфигураций Специальность 01.01.09 – дискретная математика и математическая кибернетика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Москва – 2012 Работа выполнена на кафедре математических методов прогнозирования факультета вычислительной математики и кибернетики Московского государственного...»

«Казинский Птр Олегович e Эффективная динамика сингулярных источников в классической теории поля Специальность 01.04.02 – теоретическая физика Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск 2007 г. Работа выполнена на кафедре квантовой теории поля Томского государственного университета. Научные руководители: доктор физико-математических наук, профессор Семн Леонидович...»

«НИКОНЕНКО Сергей Викторович МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА В МЕМБРАННЫХ СИСТЕМАХ С УЧЕТОМ ЗАВИСИМОСТИ КИНЕТИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ 05.13.18 – математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Краснодар - 2011 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кубанский...»

«ГУСЕВА Дарья Викторовна КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ СИСТЕМ С ПРОТЕКАЮЩИМИ МАКРОМОЛЕКУЛЯРНЫМИ РЕАКЦИЯМИ Специальности 02.00.06 высокомолекулярные соединения, 01.04.07 – физика конденсированного состояния Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2012 Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов физического факультета Московского Государственного Университета имени М. В. Ломоносова. Научные...»

«УДК 517.095 МАРТЕМЬЯНОВА Нина Викторовна НЕЛОКАЛЬНЫЕ ОБРАТНЫЕ ЗАДАЧИ ДЛЯ УРАВНЕНИЙ СМЕШАННОГО ЭЛЛИПТИКО-ГИПЕРБОЛИЧЕСКОГО ТИПА 01.01.02 дифференциальные уравнения, динамические системы и оптимальное управление АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Казань 2012 Работа выполнена на кафедре математики и методики обучения ФГБОУ ВПО Поволжская государственная социально-гуманитарная академия и в отделе физико-математических и...»

«Стефанов Константин Сергеевич Комплекс инструментальных средств разработки программ для вычислительных систем с параллельной архитектурой 05.13.11 – Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва 2007 Работа выполнена в...»

«Лопухова Светлана Владимировна АСИМПТОТИЧЕСКИЕ И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПОТОКОВ ОДНОРОДНЫХ СОБЫТИЙ 05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Томск – 2008 Работа выполнена на кафедре теории вероятностей и математической статистики факультета прикладной математики и кибернетики ГОУ ВПО Томский государственный университет Научный...»

«Николаев Александр Юрьевич Изучение сорбции сверхкритического диоксида углерода полимерами и модификация их свойств Специальности: 02.00.06 - высокомолекулярные соединения 01.04.07 - физика конденсированного состояния АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Работа выполнена в Институте Элементоорганических Соединений РАН им. А.Н. Несмеянова Научные руководители: доктор физико-математических наук профессор Хохлов Алексей Ремович...»

«Гольдштрах Марианна Александровна Газочувствительные свойства тонких пленок металлокомплексов этиопорфирина-II Специальность: 02.00.02 – Аналитическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва–2006 Работа выполнена на кафедре аналитической химии Московской Государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова Научный руководитель : доктор химических наук, профессор Ищенко Анатолий Александрович Официальные...»

«Горенберг Аркадий Яковлевич ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ, ВОЛОКОН И КОМПОЗИТОВ ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ Специальность 02.00.06 – Высокомолекулярные соединения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2008 www.sp-department.ru Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химической физики им. Н.Н. Семенова РАН Научный руководитель : доктор технических наук,...»

«Туэрди Умайэр Резонансное одно- и двухфотонное взаимодействие света с экситонами в квантовых точках CdSe/ZnS Специальность: 01.04.10 – физика полупроводников АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва - 2008 Работа выполнена на кафедре физики полупроводников Физического факультета Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова. Научный руководитель : доктор физико-математических наук, доцент Е.А. Жуков...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

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.