Автоматизированные радиолокационные исследования макро- и микрофизических характеристик облаков и осадков

Тебуев, Ахмат Даутович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Автоматизированные радиолокационные исследования макро- и микрофизических характеристик облаков и осадков
ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Автоматизированные радиолокационные исследования макро- и микрофизических характеристик облаков и осадков"

На правах рукописи

Тебуев Ахмат Даутович

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

МАКРО-И МИКРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЛАКОВ И ОСАДКОВ

25.00.30 - Метеорология, климатология и агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

г. Нальчик - 2003

Работа выполнена в Отделе активных воздействий ГП Высокогорного геофизического института Росгидромета

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

заслуженный деятель науки, профессор М. Т. Абшаев

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Б. А. Ашабоков

Защита состоится 24 октября 2003 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 327.001.01 при Высокогорном геофизическом институте по адресу: 360000, КБР, г. Нальчик, проспект Ленина, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Высокогорного геофизического института по адресу: 360000, г. Нальчик, пр. Ленина, 2.

доктор технических наук, профессор М. М. Ошхунов

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт

физики Ростовского государственного университета

Автореферат разослан 20 сентября 2003 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, доктор географических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Радиолокационные методы исследования облаков и осадков являются одним из наиболее эффективных методов получения информации о погоде. Создание современных метеорологических радиолокаторов (МРЛ), радиолокационных методов измерения интенсивности и количества осадков, водности и других микроструктурных характеристик облачности, методов распознавание опасных явлений погоды привели к развертыванию государственных радиолокационных метеорологических сетей во многих развитых странах.

Информация МРЛ широко используется для получения информации о фактической погоде, для краткосрочных и сверх краткосрочных прогнозов погоды. Роль метеорадиодо-кации в последние годы повышается в связи с сокращением числа метеостанций и постов и тем, что существующая метеорологическая сеть не фиксирует явления погоды между пунктами наблюдений и не в состоянии обеспечить потребителя требуемым объемом информации с требуемой оперативностью и точностью.

Немыслима без применения метеорологических радиолокаторов реализация современных методов модификации погоды с целью предотвращения града, искусственного увеличения осадков, рассеяния облачности, борьба с тайфунами и т.д. Например, современная технология противоградовой защиты (ПГЗ) предусматривает радиолокационное обнаружение и распознавание градовых, фздюопасных и потенциально градоопасных облаков, радиолокационное выделение в них объемов будущего грааообразования и определение координат внесения в них кристаллизующих реагентов с помощью проти во градовых ракет.

В связи с изложенным разработка автоматизированных методов получения макро- и микрофизических характеристик облаков является одним из наиболее важных путей повышения эффективности работ по исследованию облачности, оповещению об опасных явлениях погоды, проведению работ по модификации погоды и созданию банков данных об облачности.

Целью настоящей работы является автоматизированные радиолокационные исследования макро- и микрофизических характеристиках облаков и осадков для целей активного воздействия на градовые процессы и оповещения об опасных явлениях погоды. В рамках достижения этой целей были решены следующие задачи: 1. На основе радиолокационных исследований облаков и осадков разработаны новые методы, алгоритмы и программы:

- распознавания конвективных ячеек и определения направления и скорости их перемещения;

- измерения комплекса новых двумерных и трехмерных параметров микроструктуры облаков и осадков: приведенной и интегральной водности (ледиосги) всего слоя облачности и любого заданного слоя (например, слоя зарождения и роста града), а также оптимизации измерения ранее известных параметров: полей размера и потока кинетической энергии града, суммарной и глобальной кинетической энергии града, интенсивности и количества жидких осадков, водности и ледности облаков;

- распознавания категорий объектов воздействия на основе новых двумерных и трехмерных параметров с целью сокращения расхода средств воздействия на градовые процессы;

- оптимизации операций по воздействию на градовые и градоопасные облака, включая выделение областей засева по трехмерной радиолокационной информации;

- радиолокационной оценки степени повреждений и ущерба от градобитий в реачыюм масштабе времени;

- распознавания опасных явлений погоды (град, гроза, шквал, ливневый дождь, морось, снегопад) по градациям их интенсивности;

- радиолокационного оповещения о паводках ливневого происхождения.

2. Разработанные методы и алгоритмы реализованы в автоматизированной системе "АСУ-МРЛ", которая внедрена в оперативи) ю практику проти во градовых работ и оповещения об опасных явлениях погоды.

Научная новизна полученных результатов:

1. Предложены новые двумерные и трехмерные радиолокационные параметры облаков и осадков, имеющие высокую информативность для исследования облачности, выбора объектов активною воздействия (АВ) и кон гриля физической эффекишгости ЛВ на облака:

- карты приведенной водности (лсдности) облаков, прос\ ммированной по всей высоте облачности (Q. кг/м2) и заданного слоя облачност и (Дкг/м );

- объемы воет облака (t'z) и еш переохлажденной части при разных \ ровнях отражаемое! и (ДКг);

- интегральная водность всего облака и лсдности градового очага (Qv, ч)

- ишоралмш водность слоя облака и лсдности гращоного очага выше изотермы ОС (ДQy) и i .д.

2. На основе измерения этих двумерных и трехмерных радиолокационных параметров предложены новые критерии распознавания категорий объектов воздействия на градовые процессы (сверхмощные градовые, градовые, градоопасныс и потснциально-градоопасные облака) и оценки эффективности АВ.

3. Разработан новый метод выделения области засева градовых облаков, исключающий ряд субъективных ошибок персонала.

4. Реализован новый радиолокационный метод оценки степени повреждений сельхоз-кулыур и ущерба or градобитий.

Научная и практическая значимость результатов:

I. Перечисленные выше радиолокационные методы реализованы и автоматизированной системе "АСУ-МРЛ" и успешно используются:

- в работах по активному воздействию на градовые процессы в системе противоградовой защиты в Краснодарской и Ставропольской ВС Росгидромета, Крымской ВС Украины;

- в научных исследованиях фадовых процессов на Кызбурунском ПИ полигоне ВГИ;

- в системе оповещения об опасных явлениях погоды в Азербайджане;

- в работах по созданию Северо-Кавказской автоматизированной радиолокационной метеорологической сети "СК АРМС.

2.11рименение предложенного радиолокационной) метода оповещения о наводках и селях ливневого происхождения может повысить заблаговременностъ оповещения и безопасность горных населенных пунктов и объектов на обширных паводковых и селеопасных территориях.

3. Новые двумерные и трехмерные параметры облаков позволили усовершенствовать критерии распознавания объектов воздействия с целью сокращения числа засеваемых ОВ.

4. Новая программа воздействия на градовые процессы позволяет исключить ряд субъективных ошибок и повысить эффективность ПГЗ.

5. Пойме ин'ге1ралы1ые параметры облаков, метод опенки степени повреждений сельхозкультур и ущерба от градобитий позволяют повысить оперативность оценки физической и экономической эффективности ПГЗ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты автоматизированных радиолокационных исследований макро- и микроструктуры градовых облаков.

2. Радиолокационные методы измерения комплекса макро- и микрофизических характеристик облаков и осадков, включая двумерные и трехмерные параметры.

3. Закономерности эволюции во времени одномерных, двумерных и трехмерных радиолокационных параметров облаков, методы, алгоритмы и прог раммы их получения.

4. Усовершенствованные радиолокационные критерии распознавания градовых, гра-доопасных и потенциально-градоопасных облаков, проведения воздействия на них и контроля физической эффективности воздействия.

5. Метод, алгоритмы и программное обеспечение автоматизированной системы оповещения о селях и паводках ливневого происхождения.

Личный вклад автора:

Постановка задачи выполнена научным руководителем. Разработка методов измерения параметров макро- микроструктуры и некоторых интегральных характеристик облаков выполнена совместно. Основные результаты исследований, приведенные в работе (эволюция интегральных характеристик облаков и осадков, алгоритмы, программы и результаты исследований), получены автором.

Апробация работы:

Основные результаты диссертации докладывались на:

- Всероссийской конференции по физике облаков и АВ на гидрометеорологические процессы (г. Нальчик, 2001 к);

- Международной научной конференции по результатам исследований в области гидрометеорологии н мониторингу загрязнения природной среды в странах СНГ (г. Санкт-Петербург, 2002 г.);

- конференции молодых ученых Кабардино-Балкарского научного центра РАН (г. Нальчик, 2002 г.);

- 8-й Международной научной конференции Всемирной Метеорологической организации по модификации погоды (г. Касабланка, Марокко, 2003 г.);

- конференции молодых уюны\ В1 И, посвященной 90-летию профессора I '.К. Сулаквелидзе.

Кроме того, предложенные радиолокационные методы, алгоритмы и программы испытаны и внедрены в ряде регионов РФ, Азербайджане и Украине в составе автоматизированной системы "АСУ-МРЛ". Создана база данных по эволюции облачных систем в этих регионах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Содержит 129 страницы, 34 рисунка, 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цели и задачи работы, приводится на\чная и практическая значимость, новизна полученных результатов.

1. В первой главе рассмотрены предлагаемые методы исследования макрофизических характеристик облаков и облачных систем, включая получение:

- карт верхней и нижней границ облачности на любом уровне радиолокационной отражаемости;

- горизонтальных сечений облачности на любой высоте;

- вертикальных сечений в любом азимуте;

- карты максимальной отражаемости, спроецированной на одну плоскость;

- карты суммарной отражаемости по всей высоте облака или заданном слое;

- идентификации конвективных ячеек;

- направления и скорости перемещения конвективных ячеек.

1.1. Пространственная структура облачности в "АСУ-МРЛ" представляется в виде кра1 горизонтальных и вертикальных сечеиий, верхней и нижней границ облачности на фоне карты подстилающей поверхности. Для получения этих карт использованы данные,

поступающие от МРЛ при коническом обзоре пространства, после осреднения в АПРС, представленные в виде набора точек {P,jk} с координатами (аДл), где в/ - угол места, заданный заранее; ¡ij - азимутальный угол, равный /Д/?, Aji -шаг по азимуту; гк - наклонная дальность, равная к-Ar, Дг - шаг по дальности.

1.2. Горизонтальные сечения на любой высоте строятся в цилиндрической системе координат в виде совокупности точек {P'jm} с координатами (J3j,r'm,h), где Д - азимутальный угол, г'т - дальность, А - высота. '1ак как положение точек на плоскости горизонтального сечения в цилиндрической системе координат не совпадает с положением точек обзора в полярной системе координат, задача построения горизонтального сечения сводится к задаче нахождения значения отражаемости в произвольной точке на вертикальной плоскости, проходящей через начало координат. Для нахождения значений отражаемости в произвольной точке вне узлов сетки используется уравнение линейной интерполяции:

Z = Z,+(Z2-Z,)-3- (1)

П+г2

где Z| и Z2 - значения отражаемости в некоторых соседних точках сстки P¡ и Р2 соответственно; Z - значение отражаемости в некоторой точке Р между ними; rt и г2 - расстояние от точки Р до точек P¡ и Р2 соответственно.

Значения отражаемости внутри cementa (/1а;.Ir) можно представлено в виде некоторой фупкаииу(«,г), проходящей через точки Р,1к, P,+iJk, Рими Л+лм+i- При этом для значения отражаемости в точке Р' при помощи двушаговой линейной интерполяции (рис. 1) после ряда преобразований получено выражение:

Рис. 1. Нахождение значения отражаемости в произвольно заданной точке.

7 \da> l+l./Jt ~¿,.!.k )~7 h A a

da> A r A a

(2)

Алгоритм построения горизонтальных сечений на высоте И заключается в переборе всех значений у и т и нахождении для них значений /, к, с!а„ с1гк для дальнейшей подстановки в формулу (2):

+ г„, к =

П ~ k-Ar, drk = r¡ - rk

(3)

а, = arctg ■

i = шах iy

щ<а\

da, =а, ~a¡

где г к и а , - наклонная дальность и угол места искомой точки относительно МРЛ соответственно.

Посте получения горизонтального сечения в цилиндрической системе координат оно отображается на результирующую плоскость горизонтального сечения с декартовой системой координат на фоне карты местности с использованием уравнения (3). Аналогичным

образом отображаются на результирующую плоскость данные от других радиолокаторов при их наличии.

и. Вертикальные течения радиоэха облачности в любом направлении строятся с использованием уравнения (3) по набору заранее просчитанных горизонтальных сечений.

1.4. Задача построения карт верхней или нижней границ облачности сводится к задаче нахождения максимальных или минимальных значений высот для каждого столба над точками сетки в цилиндрической системе координат:

(4)

(5)

где 2'и А/т - значение отражаемости в точке пересечения луча («,; /?,) с вертикальной прямой, проходящей через точку с координатами (О, /Уя гт) и высота этой точки, соот ветстпенно; Ъ - заданное оператором значение 2, при котором строится карта верхней или нижней границ.

Значения отражаемости 2 у т и И, т вычисляются по формулам:

(6)

Кт = гт-1&а, (7)

где Лг - длина ячейки радиолокационного обзора, а к и с!гк вычисляются согласно выражениям:

J, т шах К«'

= гшп Кт

1-1.(1,2",, „>г

к =

Д г

= к-&г, с/гк=гк-гк (8)

1.5. Задача получения карты максимальной отражаемости сводится к задаче нахождения максимальных значений 2 в каждом столбе сетки в цилиндрической системе координат:

тах<,,га (9)

где 7. ыт - значение отражаемое! и в точке пересечения луча с вертикальной прямой, проходящей через точку с координатами (О, Д, гга). Значения X рассчитываются по аналогии с методами, используемым при построении карт верхней или нижней границ.

1.6. Задача получения карты суммарной отражаемости сводится к задаче интегрирования по высоте значений 2 над каждой точкой горизонтальной плоскости. Интегрирование заменяется су ммированием значений отражаемости по всем слоям облачности:

1=1

где 7?ч„ и ЛИ,„ - отражаемость и толщина г'-го слоя облачности.

Значения отражаемости ¿"^^ вычисляются по формуле (9), а Д/г,„, - согласно выражению:

ДА, „ =-^---гл— (11)

5)П -1. 5Ш.

2 2

Аналогично горизонтальным сечениям карты максимальной и суммарной отражаемости, найденные в цилиндрической системе координат, отображается на результирующую плоскость в декартовой системе координат на фоне карты местности.

1.7. Для автоматической радиолокационной идентификации конвективных ячеек требуется формализация понятия "конвективная ячейка" (КЯ). Под КЯ будем понимать область локального максимума отражаемости (2т,а), ограниченной замкнутыми изолиниями отражаемости и имеющих отдельную конвективную башню. Так как локальных макси-

мумов может быть несколько, то определим минимальное расстояние между ними ¿(^тах'^та*), при котором они относятся к разным КЯ.

Пусть имеется массив значений 2, заданный в виде матрицы п*п, каждый элемент, которой является значением отражаемости в соответствующей КЯ плоскости:

(12)

Выделение всех точек локальных максимумов 2 осуществляется полным перебором исходного массива. После выяазения всех точек локальных максимумов 2 осуществляется "прореживание" списка локальных максимумов 2та путем удаления точек по одному из критериев:

^<25 юг _ {13)

3 2тт : ¿■[2тах, 2^ ¡к ¿яч и 2тах < 2тах Из матрицы (12) строятся изолинии уровней 2. Но этим изолиниям 2 КЯ выделяются следующим образом: КЯ со значением 2 = гч имеет уровень к,{.

zll Zl2 . • ги

г21 Z22 • ■ г2п

M zn2 - —UN _

О, если z,y < 15dB2

(14)

, если z„ £ 15 dB2

Для более быстрой реализации метода из матрицы (14) сгроится матрица уровней:

kl2 .

k22 . ■■ n

Кг • •■ km.

(15)

Для более корректной работы алгоритма производится фильтрация матрицы (15) с целью исключим, "выбросы", связанные с осинками радиозха местных предметов и точечных целей. Дчя этою для каждого элемента кч матрицы рассматриваются все соседние элементы на предмет принадлежности тому же или большему уровню:

к4 К0

Kt>ktl

(16)

(17)

Нсли количество соседей, удовлетворяющих условию (17), меньше трех, то уровень КЯ (/,_/) понижается на один. Перебор элементов матицы происходи! до тех пор, пока в матрице уровней имеются такие КЯ.

Для выделения контуров с уровнем / (см. рис. 2) в матрице уровней ищется первый элемент уровня 1 (начальное направление а устанавливается в 0 - вверх) и по часовой стрелке от направления а ищется момент перехода уровней в соответствии с выражением (18):

к" > к К1/ — KIJ

prev{a') = (а' + 7) mod 8

(18)

где а' - искомое направление; prev(a') - предыдущее направление; mod- остаток от деления.

После этого осуществляется переход к точке к" и устанавливается в (а'+5)та/8. Если в результате работы пришли к первоначальной точке, контур найден, иначе переходим к началу.

После построения карты изолиний (контуров) для каждой оооооооооо точки локального максимума находится такой контур наименьшего уровня, который ограничивает область, вклгочаю-ш\ю только эту точку локального максимума. Данный контур и есть граница КЯ.

Далее вычисляются площади ячеек и выбрасываются КЯ, имеющие площадь 5< 5 км2. Всем КЯ, у которых 5> 5 км2 присваивается порядковый номер.

1.8. Измерение направления и скорости перемещения КЯ осуществляется после их выделения на фоне карты облачности в несколько этапов:

- нумерация ячеек; Рис-2-Схема "ОС1Р0«,,ИЯ

„ ,,„ контура для уровней 1-3.

-определение центра масс для каждой КЯ;

-нумерация КЯ для след) ющего по времени обзора;

-определение цен-фа масс для каждой КЯ следующего по времени обзора;

- определение расстояния и направления перемещения центра масс КЯ между циклами обзоров; -определение скорости перемещения каждой КЯ.

1.9. Нумерация ячеек в случае, если рассматриваемый цикл обзора является первым, осуществляется слева направо, сверху вниз лля северного полушария и снизу вверх - для южного. В случае, когда рассматриваемый цикл обзора не является первым, определение центра масс для каждой КЯ происходит путем перебора всех точек плоскости, принадлежащих данной КЯ, т. е. лежащих в области, офаниченной ею по формуле:

Т.(2ГХ,)

Хы = - Г„ = --(19)

Р^С„ Р,еС„

где С„ - л-ая КЯ; 2, - значение офажаемосги в точке Р, с декартовыми координатами Хь К,; Х„, и У„,- декартовы координаты центра масс л-ой КЯ в С-ом обзоре.

Нумерация КЯ для следующего по времени обзора происходит путем перебора всех КЯ, присвоения ей номера ближайшей по центру масс КЯ из предыдущего цикла обзора. Не нумерованные КЯ считаются новыми и нумеруются в хронологическом порядке их появления слева нанраво и сверху вниз (для Северного полушария).

Определение направления («„,) и пути (£„.,) перемещения цетра масс каждой КЯ между циклами обзоров вычисляется по очевидным тригонометрическим формулам. 1.10. Скорость перемещения КЯ определяется согласно выражению:

(2°)

где К„, - скорость перемещения ценфа масс КЯ; - время между циклами обзорами, равное для "АСУ-МРЛ" 3 минутам.

1.11. Измерения одно-, двух- и трехмерных характеристик облаков: К одномерным параметрам облачной системы и КЯ можно отнести:

- - максимальная отражаемость КЯ;

- Д2т,„ - максимальная отражаемость КЯ выше уровня изотермы 0°С;

- Нниш - высота нижней границы радиоэха облачности или КЯ;

- Нж)>х - высота верхней границы облачности или КЯ;

- АНж/п - превышение верхней границы облачности над 0°С изотермой;

- Нг - высота верхней границы радиоэха при заданном значении Ъ\ '

- ЛНг - превышение высоты верхней границы радиоэха при заданном значении Ъ над уровнем изотермы 0°С.

Методы получения карт этих параметров описаны выше.

Одномерные параметры облачности и КЯ не вполне адекватно характеризуют эволюцию облаков имеющих, как известно, трехмерную структуру. В связи с этим встает необходимость во введении и автоматизированную систему более информативных двумерных и трехмерных параметров.

К двумерным параметрам можно отнести измерение:

- 5 - площади облачности при заданном уровне отражаемости;

- - пощади градового очага;

- 2<- карту суммарной отражаемости но всей высо1е облака;

- Д2Гг - карту суммарной отражаемости слоя облака выше изотермы 0°С;

- б' - карту приведенной (суммарной) водности по всей высоте облака;

- &£>± - карту приведенной водности слоя облака выше изотермы 0°С.

Измерения этих параметров осуществляются на основе карт 2,„ах и А2тм и сводятся к задаче численного интегрирования.

К трехмерным параметрам можно отнести:

- V - объемы облачной системы в це. юм или выделенной ее част и при любом заданном уровне 2;

- ДК- объемы переохлажденной части облачной системы при любом заданном уровне Ъ\

- <2у- ишегральное водосодержание (льдосодержание) всей облачной системы или объема, заключенного внутри любой заданной изолинии Ъ\

- А£>(" - интеграчъные водосодержание (льдосодержание) объема переохлажденной части облачной системы, заключенного внутри любой заданной изолинии 2. (например, зоны роста града).

Методы нахождения объемных характеристик во многом аналогичны методам, применяемым для построения кар! максимальной и суммарной отражаемости:

V- хЦ^^г) (21)

1,1,т

ЛУ = X (да,-¿т|<;,,„ <2,Ь, > Н0) (22)

оу = x (да, • 5,„ • чч,„\21)м < 2) (23)

Щ' = е (дл, • 5т ■ Чи.т\21<т < 2, /г, > #0) (24)

5га=2тт-Д/-Ду9 (25)

где 2',^, и Д/г1т - отражаемость, высота и толщина /'-го слоя облачности, соответственно, вычисляемые по формулам (5) и (11); - площадь сегмента под элементарным столбом. Чч-т - водность единичною объема ;'-го слоя облачности; Дг - длина ячейки радиолокационного обзора, £ф - разрешение по азимуту в радианах, 2 -значение отражаемости, при котором происходит построение карт.

2. Вторая аава работы посвящена радиолокационным методам, алгоритмам и программам автоматизированного измерения микрофизических характеристик облаков и осадков, включая:

- измерение комплекса одномерных, двухмерных и трехмерных характеристик облаков и облачных систем;

- получение карт полей интенсивности и количества осадков, в том числе и в торных районах;

- получение карт полей размера и кинетической энергии града;

- опенки степени повреждений и ущерба от градобитий.

В настоящей работе реализованы два метода измерения водности, интенсивности и количества осадков, кинетической энергии града:

- одноволновый с помощью уточненных 2-1 соотношений;

- двухволновый, предложенный в работах М.Т. Абшаева.

2.1. Реализация одноволнового метода предпочтительна на длине волны X - 10 см, на которой нет искажений от ослабления радиоволн в облаках и осадках. Кроме того, нами учтено, что значения эмпирически найденных коэффициентов 2-1 соотношения существенно отличаются для осадков различного происхождения и интенсивности (ливней из ку-чево-дождевых облаков, обложных дождей из слоисгообразных облаков, мороси). Поэтому попытки использования 2-1 соотношения с постоянными коэффициентами обречены на неудачу: если достигается приемлемая точность измерения интенсивности обложных дождей, то получается завышенный результат по ливневым дождям и, наоборот, при достаточно точном измерении интенсивных осадков, получается недооценка слабых дождей.

Для более точного определения интенсивности осадков во всем диапазоне их интен-сивностей проведен анализ закономерностей изменения коэффициентов А и Ь 2-1 соотношения и предлагается использование корреляционных зависимостей с переменными в зависимости о г типа осадков коэффициентами:

7„и при 2Юп < 45

/„ = (1 - к) ■ 10„ + к ■ !,.„ при 45 < 2Ш < 75 (26)

А„ ПРИ > 75

где 2,,,„ - радиолокационная отражаемость на длине волны ).= 10 см в п-й ячейке; 1т, /,„ и к определяются следующим образом:

/„„=-1,65 + 0,065 -2т

'ё Л-я = -2,28 + 0,065 • 2Ш„ (27)

= 0,5 50

Зависимости (27) более универсальны во всем диапазоне интенсивности осадков.

2.2. Двухволновые методы игмерения характеристик дождя основаны на решении обратной задачи теории рассеяния в предположении, что рассеяние радиоволн в облаках и осадках не когерентно и однократно, капли дождя имеют.сферическую форму и значения 2 и / зависят только от размера, концентрации и вида функции распределения капель но размерам. При чтом определение размера капель, водности и интенсивности дождя осуществляется по формулам:

1ё£/3„ = -4,947 + 0,86-\%кХ2„ -0,086-2|0„ (28)

18<7л = 8,141 + 2,6• 1е*3,2и -0,16• 210„ (29)

18/„ = 8,45 + 2,2Л^кХ2п -0,\2-210„ (30)

где ¿з„, д„, и /„ - среднекубический диаметр капель дождя (см), водность дождя (г/м3) и интенсивность дождя (мм/час) в п-ом канале дальности, соответственно.

2.3. Количество (спой) осадков, выпавших за заданный период на каждой элементарной площадке площади обзора может быть рассчитано путем интегрирования во времени:

е=£/; д/. (31)

2.4 Микрофизические и интегральные характеристики градовых осадков рассчитываются по следующим формулам:

- максимальный размер града в зондируемом объеме:

>8 °тах „ = 0,076 - 0,027 • г„л + 0,027 • гт„ (32)

- среднекубический размер града в зондируемом объеме:

1Е Д, „ = 0,246 - 0,027 • 2ЪЛ„ + 0,027 • г10и (33)

- концентрация града:

N „ = -4,81 + 0,146 ■ г3 2„ - 0,046 • гт„ (34)

- ледность градовых осадков-.

!ё ч „ = -5,893 + 0,065 • 1х1п + 0,035 ■ (35)

- плотность потока кинетической энергии града:

¿ = бд-ю^гро®6 (36)

Ё = (37)

Интегрируя во времени £ по всем последовательным циклам радиолокационного обзора пространства можно получить суммарную кинетическую энергию градовых осадков Е:

Б = 11ЁШ0)-М, (38)

1-1

где £,„(/) - плотность потока кинетической энергии града в и-й ячейке площади обзора в /-й момент времени; Д/, - интервал времени между циклами обзора, равный для радиолокационной системы "АСУ-МРЛ" 3 мин; N - число циклов обзора.

Глобальная кинетическая энергия градовых осадков по всей площади выпадения града 5 вычисляется по формуле:

Ес = }я(5)с/5 (39)

2.5. Для оценки потерь от града в реальном масштабе времени предлагается радиолокационный метод получения карты степени повреждения сельхоз^льтур и ущерба от градобитий.

По результатам радиолокационных измерений кинетической энергии (Е, дж/м2) града можно оценить степень повреждений сельхозкультур К (%) с помощью уравнения регрессии, найденного Бергвалом и др.:

К = Е2 + 0,457 • Е - 2,589 (40)

Подставив в (40) значение Е из (36-37), получим выражения для оценки степени повреждений зеленых насаждений К одноволновым и двухволновым методами, соответственно:

К = 3,84-10~"2^72 + 2,83-КГ6г,^86 -2,59; (41)

к = 1,96 • Ю"|г г^ ■ +6,4-1 о-5 г^1 ■ г,^75 - 2,59. (42)

С учетом значений К, экспликации земель и средней стоимости урожая ;-й культуры Т7 (руб./га) можно получить карту распределения ущерба О в радиусе репрезентативности радиолокационных измерений (до 100-120 км):

Суммирование значений К по всей площади обзора (в круге радиусом Л» 100 км) позволяет получить суммарный ущерб У±- на всей территории выпадения града:

х-^-с. (44)

Значение Уц может использоваться в качестве интегральной характеристики градовых штормов, обеспечивающей объективное сравнения их между собой.

2.6. Получение карт приведенной по всей высоте облака водности'Оь осуществляется следующим образом:

- рассчитывается водность каждого единичного объема облака;

- строятся карты распределения' водности в виде горизонтальных сечений на разных высотах с шагом 1 км;

- производится суммирование водности по всем слоям облака по формуле:

<?!=£*„-Ая, (45).

/=1

где д/, - водность ] -того единичного объема облака на / -той высоте; АЯ, - вертикальная протяженность I -того слоя облака.

11олучение карт приведенной водности слоя облака выше изотермы 0°С (или любого другого слоя) осуществляется аналогичным образом, с той лишь разницей, что суммирование производится в заданном слое облака.

Определение водности единичного объема дождевых и ледности градовых "облаков осуществлялось:

- двухволновым методом по формулам (35).

- одноволновым методом, основанным на использовании 2 = Адь соотношений.

Соотношения 2-д пригодны лишь для определенного вида осадков. Учитывая, что градовые облака содержат дождевую и градовую компоненты разной интенсивности, этот метод нами был оптимизирован для более точного определения водности осадков во всем диапазоне их интенсивностей и вида осадков. Проведен анализ закономерностей изменения коэффициентов 2-д соотношения и предложены зависимости с переменными в зависимости от типа и интенсивности осадков коэффициентами:

\ч,>п - при 210п < 40

9„=] 0* Чгп при 40 < 2]д„ < 75 (46)

к-и ПРИ 210» > 75

где 2,ц„ - радиолокационная отражаемость на длине волны X = 10 см в л-й ячейке; дГ„ и к определяются следующим образом:

12,Я„„ =-2,4 + 0,05 -2Ш

'89,-и = -3,25+ 0,058-2,0л , (47)

к __ -40 35 '

2.7. Измерение интегрального водо- льдосодержания всей облачной системы или объема ее переохлажденной части, заключенного внутри заданной изолинии 2 ((?,> и соответственно), имеет важное значение для оценки и исследования водозапа- J облаков для целей искусственного увеличения осадков, осадкообразующей эффективности облаков, степени градоопасности облаков, суммарного льдосодержания и разрушительного потенциала градовых облаков и сравнения мощности градовых процессов между собой и т.д. Измерение значений ()у и &<2у осуществляется путем интегрирования по площади приведенной водности всего облака или заданного его слоя по формулам:

^v=Z^л(z,)J?л(2,) (48)

где б«Ю. /)£?п(2/) - значения приведенной водности 0,у и в п-й ячейке площади обзора, внутри изоконтура с заданной отражаемостью 2 (например, 2 - 15, 25, 35, 45, 55, 65 и 75 с1В); $„(2,) - площадь л-й ячейке площади обзора, внутри изоконтура с заданным значением 2; УУ- число ячеек площади обзора.

2,8. Точность измерений параметров микроструктуры осадков зависит от погрешностей инструментальных измерений и к^, а также ошибок, связанных с допущениями относительно однократности и некогерентности рассеяния, формы гидрометеоров, их диэлектрических свойств и вида функции распределения по размерам. Оценка погрешностей измерений, показала, что среднеквадратичные ошибки определения параметров микроструктуры облаков и осадков составляют при измерении:

- размера града в однокомпонентныч фадовых осадках и смешанных осадках не более 12%;

- водности и ледности осадков д., д£ и кинетической энергии фада Ё в однокомпонентных средах (град или дождь) около 30%, а в двухкомпонентной среде (град с дождем) 38-40%;

- приведенной (бг и Д2>), и интефачыюй водности облачности (()у и Д£?и), изменяющихся в пределах нескольких порядков величин 41%.

3. В третьей главе рассмотрены результаты радиолокационных исследований макро-и микрофизических характеристик облаков, а также предложенные на основе результатов этих исследований методы распознавания опасных явлениях погоды, оповещения о паводках и селях ливневого происхождения, и оптимизации АВ на фадовые процессы, включая:

- распознавание категорий объектов воздействия;

- выделение зон засева в объектах воздействия различных категорий;

- выработка, передача и контроль исполнения команд на запуск ракет;

- оценку эффективности воздействия на фадовые процессы;

- распознавание опасных явлений погоды (град, фоза, шквал, ливневой дождь и т.д.) по градациям их интенсивности;

- методику оповещения о паводках и селях ливневого'происхождения и т.д.

3.1. На основе исследований макро- и микрофизических характеристик облаков показано, что двумерные парамефы облачности позволяют более точно определить:

- закономерности эволюции во времени ячейковой структуры фадовых облаков;

- стадию развития фадовых облаков и корректно идентифицировать ОВ различных категорий и существенно сократить число засеваемых облаков и расход средств АВ;

- момент достижения эффекта АВ и эффективность противоградовых операций.

В развивающихся градоопасных и фадовых конвективных ячейках (КЯ) приведенная водность по всей высоте облака и выше изотерм 0 "С и минус 6 °С сравнимы между собой, так как основная водность содержится в области офицательных температур. В зрелой фадовой КЯ приведенная водность в области офицательных и положительных температур примерно обинакова. В диссипирующих КЯ водосодержание переохлажденной части быстро убывает и основная водность отмечается в области осадков, выпадающих в теплой части атмосферы.

Таким образом, вновь предложенные двумерные и трехмерные парамефы значительно лучше характеризуют эволюцию облачной системы. Наиболее информативны в этом плане двумерные и трехмерные парамефы их переохлажденной части, характеризующие приведенную водность (ДбД объемы (ДК45, ДК55, ДК65) и водосодержание зоны зарождения и роста фада (Д045. Д055. Дбв5)-

Рис. 3. Временной ход одномерных и трехмерных параметров мощной градовой конвективной ячейки №10 многоячейкового градового процесса, наблюдавшегося в Краснодарском крае 22 нюня 2001 г.

В ттой же главе рассмотрены особенности пространственного распределения параметров микроструктуры в одноячейковых, многоячейковых и суперъячейковых градовых облаков на разных стадиях их развития. Показано, что область максимума размера и кине-

тической энергии града, водности и интенсивности осадков в осе симметричных КЯ одноячейковых процессов расположена в центральной части-КЯ, а в несимметричных КЯ многоячейковых и суперъячейковых процессов сдвинута на правый наветренный фланг. Даны пределы вариации и средние значения различных параметров. Например, значения интегральных водностей <2у и А0г изменяются в пределах 01 1 т во вновь развивающихся слабых облаках до 107т в мощных крупномасштабных градовых облаках. Значения приведенных водностей и А0± варьируют в пределах от 0,01 до 40 кг/м2(рис. 3).

3.2. Распознавание ОВ предлагается осуществлять на основе новых критериев, разработанных на основе исследования временного хода комплекса двумерных и трехмерных параметров градовых и градоопасных облаков:

- отношения объемов КЯ выше изотермы -6°С ко всему их объему на фиксированных для каждой категории ОВ уровнях отражаемости 2;

- отношению приведенной водности облаков над уровнем изотермы -6°С и ниже изотермы -0°С (см. табл. 1 и рис. 4).

Эти критерии отсекают многие облака, не представляющие прямой и потенциальной градовой опасности и позволяг значительно сократить число засеваемых облаков, особенно относящихся к ОВ 1-й и 2-й категории.

Таблица 1. Новые критерии распознавания ОВ.

Кат. ОВ Действующие критерии Вновь предложенные критерии

1 1<Д//„<4 км 15<2,0<35с1Вг дг«о 15<2Г,0<35 йВг Ц>2,0

2 Д#35>2,5 км 35<г10<55 &въ -\<лг<5 35<гю<55 ¿вг ГоК0

3 Д#45>3 км гю>55 авг дг<-1 гю>55 двг ^•>0,4

4 ДЯ.«>4 км 7,0>б5 авг Л7<-10 7, а >65 авг ^">0.2 * 55

где ДНт - высота максимума радиоэхо над уровнем изотермы 0°С; - максимальная отражаемость ОВ на дайне волны Я= 10 см; Д//35 и Д//45 - превышение областей отражаемости с 7|0=35 и 45 с!В2 соответственно над уровнем изотермы 0°С; Д2=23>2-2ю - разность 2тах на Л|=3,2 и Лг=10 см; К25, К35> У45, У}5, ДК25, ДИ35, ДК»5 и ДУ55 - объемы радиоэха конвективной ячейки и слоя выше изотермы -6°С, ограниченные значениями 210 > 25, 35, 45 и 55 с1Вг; Д'Ох и Д^бь - значения приведенной водности слоя облака выше изотермы -6°С и приведенной водности слоя ниже 0°С.

3.3. Принятие решения о воздействии предлагается осуществлять с учетом: местоположения и направления перемещения ОВ относительно ЗТ; высоты изотермы 0°С и размера града; типа градового процесса; целесообразности экономии ракет или подавления ОВ, не зависимо от расхода ракет.

Рис. 4. Алгоритмы распознавания ОВ.

3.4. Для оптимизации выделения зон засева и выработки команд на засева градовых облаков предлагается использовать новые двухуровневые сечения, с использованием интегральной отражаемости выше изотермы -6°С, которое оптимизирует выделение навеса радиоэха, а также программные средства, обеспечивающие возможность проведения воздействие на градовые и градоопасныс облака в автоматическом и полуавтоматическом режимах и предусматривающих:

- ввод высоты изотерм 0°С и -6°С, направление и скорость ведущего потока в меню программного обеспечения (перед началом АВ);

- активация/деактивация зон стрельбы теми или иными группами ракетных пунктов в соответствии с разрешением органов авиации на проведение противоградовых стрельб;

- выбор площадки засева на основе двухуровневого сечения;

- выбор коэффициента засева (экономичный, нормальный, тотальный), исходя из интенсивности градового процесса;

- выбор типа ракет, с учетом их баллистических характеристик;

- расчет координат запуска ракет (азимуты и углы возвышения) по типам ракет;

- передачу команд на ракетные пункты по радиосвязи автоматически либо оператором;

- контроль исполнения команд.

а) >о

Рис. 5. Карта максимачьной отражаемости (а), приведенных водиостей по осей высоте (б), выше изотермы 0 °С (в), выше изотермы чин} с 6 "С (г) развивающейся градовой ячейки.

3.5. Выработка команд на засев ОВ осуществляется автоматически, включая оптимальный выбор ракетных пунктов, могущих засеять ОВ с учетом их местоположения, типа ракет, запретных секторов, разрешения органов авиации и коррекцией на перемещение ОВ (см. рис. 6).

415 *

МЛЛМ-З 4 ил |Rm«o 27 ILI

I*» re им г мн ум

19 )№Л 2МЧ1 71 maji. 1 ]зя

24 Ля,5 3 2ЕО ЧП

24 МЭ15 3 la ТО

23 3 19СЯ

7J АпиЯ 3 330 »

ЗЭ АШ|£ 5 <С SC

29 AHJ5 3 Ш-1 50

г 5 ЧГ 23 JWnw-2 I I4C 71

t I ТА 75

~ 19 I 2» J2

[13 эт i iTj гг

Рис. 6. Карта засева многоячейкового градового процесса.

3.6. Оценку физической эффективности АВ на градовые процессы и принятие решения о необходимости или прекращении засева предлагается осуществлять дифференцированно: но признакам, характерным для ОВ различных категорий, основанным на измерении наиболее чувствительных точечных, двумерных и трехмерных параметров засеянных ОВ.

3.6.1. Засев ОВ 1 категории можно считать успешным и прекратить воздействие на него при достижении через 5 мин после однократного зассва одного из следующих эффектов: диссипация (исчезновение) радиоэха ОВ, уменьшение Zjm до значения 2лпь < 3-Ю2 dBZ-км3, при Zm < 35 dBZ, уменьшение AVjs до значения z)K25 < 10 км3.

3.6.2. Засев ОВ 2 категории, можно считать успешным при достижении через 5 мин после двукратного засева следующих критериальных значений: Zjra5 < 3-103 dBZ-км3, А К« < 50 км3, АН< 1,0 км при 2т < 55 dBZ, Л <0,01.

3.6.3. Засев ОВ III и IV категории следует считать ) спешным при последовательном достижении через 5-10 мин после 3-х и 4-х кратного засева, соответственно, следующих эффектов:

а) уменьшение площади высоты нижней (раницы Нн и исчезновение навеса радиоэха;

б) трансформация характерной упорядоченной структуры радиоэха градообразующей ячейки в неупорядоченную с появлением нескольких очагов с Zm < 50 dBZ;

в) уменьшение значений радиолокационных параметров до критериальных: Zsvs5~Z^V6}=0, Z.w45=-104 dBZ-км3, AV65=AV5s=0, AV45=102 km3, ЛН45<1,0 km при Zm<45 dBZ, P<0,1, Em<0,l Дж/м2с;

г) прекращение выпадения града, определяемое по картам полей: размера града dm, потока кинетической энергии града вблизи земли Ё, суммарной отражаемости Zv, интенсивности повреждения сельхозкультур К.

3.7. Распознавание опасных явле/шй погоды (град, ливневой дождь, гроза, шквал) нами реализовано на основе существующих и вновь разработанных критериев, адаптированных к юж-

ным регионам. По этим критериям создан алгоритм распознавания опасных явлений погоды, блок-схема которого и пример картины, полученной с помощью нее, представлены на рис.7.

З.8.- В заключение главы 3 предложена иетоматишротнния система радиолокационного оповещения а паводках и селях ливневого происхождения, обеспечивающая высокую заблаговременность оповещения и охват многих паводковых и селсопасных очагов. Выработка сигнала оповещения осуществляется в момент достижения суммы выпавших в водосборе паводковых и селевых очагов (в соответствии с их кадастром) в последние сутки, предыдущие 10 суток и ожидаемого количества осадков и ожидаемых осадков порогового значения, необходимого для формирования наводка или селя. Ожидаемое количество осадков рассчитывается с учетом направления, скорости перемещения и водосо-держания зоны осадков, надвигающейся на водосбор селеопасного очага.

■ Таблица 2. Критерии распознавания опасных явлений погоды, реализованные в "АСУ-МРЛ"

Явление погоды Интенсивность явления Параметр Критериальное значение

Град: Катастрофический Zi0ldBZ Z|O>70

Сильный 60<Zio<70

Слабый 50<Z,o<60

Гроза: (критерии ГГО) С вероятностью Р>90% С вероятностью 70%</><80% У Y/j^AHg-Z^m Y>(Ym+\4) »200 (Ikp+6)< Y<(Ykt+ 14) 90<Y<200

С вероятностью Р<70% Yw<Y<Vru+6) 50 <У<90

Ливневой дождь Катастрофической интенсивности (/>50 мм/ч) Z|0,dBZ Z,„ > 55

Сильный (/>20 мм/ч) 45<Zio<55

Средний (/ >5 мм/ч) 35<Zio<45

Слабый (/ >2 мм/ч) 25<Z,o<35

Дождь Слабый (/>0,5 мм/ч) Zio, dBZ 15<Zio<25

Моросящий (/<0,1 мм/ч) 5<Z|„<15

Шквап Скорость ветра У>20 м/с Протяженность навеса радиоэха L, км AZ/AR, dBZ/км Zh-s, dBZ ¿Hip, км ¿>15, dZ/M>20, Z„,s> 25, АИт^-Ъ

Скорость ветра У= 15-20 м/с L>\0,AZ!AR>\5, Z„,j> 15, ЛНт^-Ъ

Скорость ветра У<15 м/с L>5,AZ/AR>10, Z„,5>10, AH,J>-3

Эта система реализована в "АСУ-МРЛ" и можег внедряться в практическое применение в рамках проектируемой "Северо-Кавказской автоматизированной радиолокационной метеорологической сети", что значительно снизит затраты на организацию сети оповещения.

4. В четвертой главе приведен сравнительный анализ существующцу л оматизиро-ванных радиолокационных комплексов метеорологических наблюдений АКСОПРИ, "Метеоячейка", АСУ "Антиград", "Мерком", 'Titan". Показано, что идеологические основы обработки радиолокационной информации во всех этих комплексах идентичны, но они отличаются по назначению, конструкции аппаратной части, одно канальной гаи двухканальной обработке информации, радиусу обработки информации, пространственному разрешению, темпу обновления информации, возможностью сопряжения данных нескольких МРЛ и т.д. Ни один из них не может претендовать на универсальность и возможность параллельного решения задач штормооповещения, измерения осадков и управления активными воздействиями.

Поэтому в целях обеспечения многофункциональности применения метеорологических радиолокаторов сделана попытка создания многоцелевого комплекса "АСУ-МРЛ" (см. рис. 8), объединяющую основные достоинства рассмотренных систем, имеющую дешевую и малогабаритную аппаратную часть и универсальное программное обеспечение, позволяющее решать широкий круг задач.

Рис. 7. Пример карты опасных явлений погоды, пол> ценной с помощью "АСУ-МРЛ" и алгоритм распознавания опасных явлений погоды.

4.1. Программное обеспечение "АСУ-МРЛ" создано на основе рассмотренных выше методов и алгоритмов макро- и микрофизических исследований облачных процессов, оповещения об опасных явлениях погоды, измерение осадков и управления АВ на облачные, процессы с целью ИУО и предотвращения градобитий и обеспечивает:

а) обзор трехмерного пространства в режиме круглосуточного дежурства и обнаружение полей облачности и осадков в радиусе 300 км с периодичностью 3,5 минут;

б) аналого-цифровое преобразование, осреднение и ввод радарных сигналов в компьютер с подавлением радиоэха мест ных предметов;

в) обработку на радиолокационной информации одновременно на двух длинах волн радиолокатора МРЛ-5 и отображение на фоне карты местности:

- горизонтальных сечений радиоэха облачности на любой высоте;

- вертикальных сечений облаков в любом заданном направлении;

- карты максимальной отражаемости (ЪI Ошах и 23,2тах);

- карты градоонасности облаков;

- карты полей размера града;

- карты полей кинетической энергии осадков;

- карты приведенной водности облаков по всей высоте ()<-и выше изотерм 0°С и -6°С А0<. (кг/м2);

- карты полей интенсивности осадков 1 (мм/час);

- карты полей количества осадков О (мм);

- карт верхней и нижней границы радиоэхо облачности;

- карты степени К повреждения сельхозкультур (%);

- карты ущерба от градобитий У (руб./га);

г) измерения интегральной водности (ледности) объемов облачности или отдельных КЯ с 210*45, 55, 65 ёВ2;

д^ интегральной водности (ледности) объемов облачности'или отдельных КЯ с гЮ £ 45, 55,65 с!В2 выше уровня изотермы 0°С;

е) определения направления и скорост и перемещения облачности;

ж) построения таблиц и графиков временного хода параметров облачности;

з) распознавание градовых, градоопасных и потенциально градоопасных облаков;

и) выделение областей зассва в градовых, градоопасных и потенциально градоопасных облаках в радиусе 100 км;

к) оптимальный выбор ракетных пунктов, выработку, передачу и контроль исполнения команд на запуск ракет;

л) документирование и архивирование радиолокационной информации о фадовых облаках и материалов воздействия на них;

м) возможность работы с архивом данных и использование комплекса в качестве тренажера по АВ.

региональны!! центр (рц)

Ус1Тч>1Ьл1я1 с 61X1 _*

Банк ааииыч

(фяйл-и.-рх.'р) *

Рис. 8. Блок-схема автоматизированною комплекса "ЛСУ-МРЛ".

4.2. Комплекс "ЛСУ-МРЛ" обеспечивает' возможность автоматизации:

- исследований макро- и микрофизических характеристик облачных процессов;

- работ- по АВ на облачные процессы с целыо предотвращения града и искусственного увеличения осадков;

- оповещения об опасных явлениях погоды, включая наводнения, паводки и сели ливневого происхождения;

- измерения осадков, в том числе и в горных районах;

- создания на ее базе региональных радиолокационных сетей.

командный пункт (кп)

Аппаратуре преобразования раштлокашюн-ных сигналов (АПРС)

Усф'псткк'спгж

Компикдтер АСУ-МРЛ

у«гф"йсмм>ы11м

4.3. Комплекс "АСУ-МРЛ" и в составе его полученные результаты по разработке методов, алгоритмов и программ исследования облачных процессов и оповещению об опасных явлениях погоды внедрены в составе "АСУ-МРЛ" в практик)':

- научных исследований на Кызбурунском научно-исследовательском полигоне ВГИ;

- в систему противоградовой защиты в Ставропольской, Краснодарской ВС и Крамской ВС;

- в систему штормооповещения в Азербайджанской республике;

- осуществляется работа по созданию на этой основе "Северо-Кавказской автоматизированной радиолокационной метеорологической сети" СК АРМС.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе автоматизированных радиолокационных исследований закономерностей эволюции макро- и микроструктуры облаков и осадков разработаны новые методы измерения двумерных и трехмерных параметров облаков (приведенная и интегральная водности, объемы облачности и ее переохлажденной части) и показана их более высокая информативность в получении картину эволюции градовых процессов, конвективных ячеек и градовых очагов в них по сравнению с ранее измерявшимися одномерными параметрами.

2. Предложены автоматизированные методы исследования эволюции во времени облачности в целом, отдельных КЯ по эволюции пространственной структуры, временного хода параметров н анимационных фильмов.

3. Разработан новый метод радиолокационной идентификации конвективных ячеек и их нумерации в хронологическом порядке развития и реализовано оперативное измерение комплекса (более 50) одно-, двух- и трехмерных параметров облачности, конвективных ячеек в любой части облачности и их максимальных значений по всему полю облачности.

4. На основе обобщения существующих и вновь предложенных одноволновых и двухволнопых методов измерения параметров микроструктуры и интегральных характеристик облаков и осадков разработаны алгоритмы и программные средства получения около 30 карт двумерных полей микрофизических характеристик облачных систем:

- карт интенсивности и количества жидких осадков;

- карг размера и кинетической энергии града;

- карт степени повреждений и \ щерба от градобитий.

- карт приведенной водности по всей высоте облачности и стоя выше изотермы 0°С (£>г и Д£Ы;

- измерения интегрального водо- и льдосодсржания всего объема облачности или выделенных конвективных ячеек, а также объемов облачности выше изотермы 0°С (т.е. области зарождения к роста града) ограниченных любой изолинией отражаемости гЮ> 15,25,35 ... и75авг.

5. На основе анализа погрешностей измерений, показано, что среднеквадратичные ошибки определения параметров микроструктуры облаков и осадков составляют при измерении размера града в однокомпонентных градовых осадках и смешанных осадках не более 12%; водности и ледности осадков и кинетической энергии града Ё в однокомпонентных средах (град или дождь) около 30%, а в двухкомпонентной среде (град с дождем) 38-40 %; приведенной (£>.- и Л{2>), и интегральной водности облачности фу и А()у), изменяющихся в пределах нескольких порядков величин 41 %.

6. Предложены новые методы распознавание объектов воздействия на градовые процессы и оценки физической эффективности воздействия на них, основанные на автоматизированном измерении новых двумерных и трехмерных параметров облаков и радиолокационной оценке степени повреждения и ущерба от градобитий.

7. Разработаны алгоритмы и программы оповещения об опасных явлениях погоды (град, гроза, шквал, ливневой дождь, снегопад) по нескольким градациям интенсивности этих явлений, а также о паводках и селях ливневого происхождения.

8. Предложенные методы и алгоритмы исследования облачных процессов, оповещения об опасных явлениях погоды, распознавания объектов АВ и оценке эффективности АВ на градовые процессы реализованы в виде программного обеспечения многоцелевой автоматизированной системы "АСУ-MPJI", которая успешно применяется в практике:

- научных исследований градовых процессов;

- в системе защиты от града в Ставропольской, Краснодарской ВС и Крамской ВС Украины;

- в системе штормооповещения в Азербайджанской республике;

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Абшаев A.M., Лиев К.Б., Тебуев А.Д. Радиолокационная система оповещения о селях и паводках ливневого происхождения. Труды конф. Молодых ученых КБНЦ РАН. -Нальчик. - 2002. С. 121-127.

' 2. Абшаев М. Т., Абшаев А. М., Лиев К. Б., Тебуев А. Д. Радиолокационный метод оповещения о селях и паводках ливневого происхождения // Тезисы Всерос. конф. по АВ на гидромет процессы. - Нальчик, 2001. - С. 33-35.

3. Абшаев М. Т., Малкарова А. М., Тебуев А. Д. Усовершенствованный метод радиолокационного контроля эффективности воздействия на градовые процессы // Тезисы Всерос. Конф. по ФО и АВ на гидромет. процессы. - Нальчик. - 2001. С. 112-114.

4. Абшаев М.Т., Малкарова A.M., Тебуев А.Д. Радиолокационный контроль эффективности воздействия на градовые процессы // Тезисы докладов научной конф. по резул. ис-след. в области гидрометеор, в странах СНГ. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2002. С. 12 -14.

5. Абшаев М.Т., Тебуев А.Д. Проект Северо-Кавказской автоматизированной радиолокационной метеорологической сети // Интернет сборник трудов совещ. "Новые технические средства и технологии для прим. в гидромет. и смежных с ней областях". Обнинск. 17-21 сентября 2000.

6. Малкарова A.M., Тебуев А.Д. Радиолокационный контроль эффективности воздействия на градовые процессы. Труды конф. Молодых ученых КБНЦ РАН. - Нальчик. -2002. С. 76-83.

7. Патент РФ по заявке от 04.03.2002 № 2002105866/28. Автоматизированная система управления активным воздействием на облака / Абшаев М.Т., Байсиев Х.-М.Х., Джан-гуразов Х.Х., Тебуев А.Д. Кассиров В.П., Евграфов В.Д.

8. Патент РФ по заявке от 04.03.2002 № 2002105867/28. Авиационный метеорологический комплекс для активных воздействий на облака / Абшаев М.Т., Байсиев Х.-М.Х., Джангуразов Х.Х., Тебуев А.Д., Кассиров В.П., Евграфов В.Д.

9. Abshaev М.Т., Malkarova A.M., Tebuev AD. Radar estimation of hail damage // Eighth WMO Sci. Conf. On Wea. Mod. - Casablanca, Maroco, 2003.

10. Abshaev M.T., Abshaev M.T. and Tebuev A. D. Aircraft - rocket technology of hail suppression. // Eighth WMO Sci. Conf. On Wea. Mod. - Casablanca, Maroco, 2003.

14 0 67

Сдано в набор 2.09.2003. Подписано в печать 3.09.2003. Гарнитура Тайме. Печать трафаретная. Формат 60*84'/1б Бумага писчая. Усл. п. л. 1,2. Тираж 100. Заказ №917

Типография Кабардино-Балкарской государственной сельскохозяйственной академии

Лицензия ПД №00816 от 18.10.2000.

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Тебуев, Ахмат Даутович

ВВЕДЕНИЕ.

1. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАКРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТЕОБЪЕКТОВ.

1.1. Физические принципы радиолокационных метеорологических наблюдений.

1.2. Получение пространственной структуры облачности.

1.3. Получения карт максимальной и суммарной отражаемости.

1.4. Радиолокационная идентификация конвективных ячеек.

1.5. Измерение направления и скорости перемещения конвективных ячеек.

1.6. Измерения одно-, двух- и трехмерных характеристик облаков.

1.7. Выводы.

2. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТЕООБЪЕКТОВ.

2.1. Получение карт интенсивности и количества осадков.

2.2. Измерение полей размера и кинетической энергии града.

2.3. Оценка ущерба от градобитий.

2.4. Измерение приведенной водности облаков.

2.5. Измерение интегрального водосодержания облаков.

2.6. Погрешности измерений параметров микроструктуры метообъектов

2.7. Выводы.

3. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАКРО- И МИКРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРАДОВЫХ ОБЛАКОВ.

3.1. Методика исследования.

3.2. Радиолокационные исследования микрофизических характеристик облаков.

3.3. Метод распознавания категорий ОВ на градовые процессы.

3.4. Метод оценки результатов воздействия на градовые процессы.

3.5. Метод получение карты опасных явлений погоды.

3.6. Метод оповещения о паводках и селях ливневого происхождения.

3.7. Выводы.

4. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ МЕТОРОЛОГИЧЕ-СКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕТООБЪЕКТОВ.

4.1. Сравнительный анализ автоматизированных систем радиолокационных наблюдений.

4.2. Автоматизированная система «АСУ-МРЛ».

4.3. Первичная обработка радиолокационной информации.

4.4. Вторичная обработка радиолокационной информации.

4.5. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Автоматизированные радиолокационные исследования макро- и микрофизических характеристик облаков и осадков"

Радиолокационные методы исследования облаков и осадков являются одним из наиболее эффективных методов получения информации о погоде. Создание современных метеорологических радиолокаторов (MPJI), радиолокационных методов измерения интенсивности и количества осадков, водности и других микроструктурных характеристик облачности, методов распознавание опасных явлений погоды привели к развертыванию государственных радиолокационных метеорологических сетей во многих развитых странах.

Информация MPJI широко используется не только для получения информации о фактической погоде, но и в краткосрочных и сверх краткосрочных прогнозах погоды. Роль метеорадиолокации в последние годы повышается в связи с сокращением числа метеостанций и постов и тем, что существующая метеорологическая сеть не фиксирует явления погоды между пунктами наблюдений и не в состоянии обеспечить потребителя требуемым объемом информации с требуемой оперативностью и точностью.

Немыслима без применения метеорологических радиолокаторов реализация современных методов модификации погоды с целью предотвращения града, искусственного увеличения осадков, рассеяния облачности, борьба с тайфунами и т.д. Например, современная технология противоградовой защиты (ПГЗ) предусматривает радиолокационное обнаружение и распознавание градовых, градоопасных и потенциально градоопасных облаков, радиолокационное выделение в них объемов будущего градообразования и определение координат внесения в них кристаллизующих реагентов с помощью противоградовых ракет.

Сложность технологической цепочки противоградовых операций по обнаружению, распознаванию градовых и градоопасных облаков, получению пространственной картины строения этих облаков требует проведения большого количества трудоемких операций, выполняемых в условиях острого дефицита времени. Отсутствие средств автоматизации обработки больших потоков радиолокационной информации по получению, обработке и отображению радиолокационных данных, выработке, передаче и исполнении команд на воздействие обуславливает большое количество источников субъективных ошибок, значительно снижающих эффективность противоградовых работ и низкую эффективность использования дорогостоящей радиолокационной техники.

В связи с изложенным применение автоматизированных методов получения макро- и микрофизических характеристик облаков является одним из наиболее важных путей повышения эффективности исследования облачности, оповещения об опасных явлениях погоды, проведения работ по модификации погоды и создание банков данных об облачности и опасных явлениях погоды.

Целью настоящей работы являются проведение автоматизированных радиолокационных исследований макро- и микрофизических характеристик облаков и осадков для целей активного воздействия на градовые процессы и оповещения об опасных явлениях погоды.

В рамках достижения этой целей были решены следующие задачи:

1. Разработаны новые методы, алгоритмы и программы:

- распознавания конвективных ячеек и определения направления и скорости их перемещения;

- измерения комплекса новых двумерных и трехмерных параметров микроструктуры облаков и осадков: приведенной и интегральной водности (ледности) всего слоя облачности и любого заданного слоя (например, слоя зарождения и роста града), а также оптимизации измерения ранее известных параметров: полей размера и потока кинетической энергии града, суммарной и глобальной кинетической энергии града, интенсивности и количества жидких осадков, водности и ледности облаков;

- распознавания категорий объектов воздействия на основе двумерных и трехмерных параметров;

- радиолокационной оценки степени повреждений и ущерба от градобитий в реальном масштабе времени;

- распознавания опасных явлений погоды (град, гроза, шквал, ливневый дождь, морось) по градациям их интенсивности;

2. Разработанные методы и алгоритмы реализованы в автоматизированной системе «АСУ-МРЛ», которая внедрена в оперативную практику противоградовых работ и оповещения об опасных явлениях погоды в ряде регионов.

Научная новизна полученных результатов:

1. Предложены новые двумерные и трехмерные радиолокационные параметры облаков и осадков, имеющие высокую информативность для исследования облачности, выбора объектов активного воздействия (АВ) и контроля физической эффективности АВ на облака:

- карты приведенной водности (ледности) облаков, просуммированной по всей

О 1 высоте облачности {Qi. кг/м ) и заданного слоя облачности (Д<2г, кг/м );

- объемы всего облака (Vz) и его переохлажденной части при разных уровнях отражаемости (AFZ);

- интегральная водность всего облака и ледности градового очага (Qv, т)

- интегральная водность слоя облака и ледности градового очага выше изотермы 0°С (Д0к) и т.д.

2. На основе измерения этих двумерных и трехмерных радиолокационных параметров предложены новые критерии распознавания категорий объектов воздействия на градовые процессы (сверхмощные градовые, градовые, градоопасные и потенциально-градоопасные облака) и оценки эффективности АВ.

3. усовершениствован метод выделения области засева градовых облаков.

4. Впервые реализован радиолокационный метод оценки степени повреждений сельхозкультур и ущерба от градобитий.

Научная и практическая значимость результатов:

1. Перечисленные выше радиолокационные методы реализованы в автоматизированной системе «АСУ-MPJl» и успешно используются:

- в научных исследованиях градовых процессов на Кызбурунском НИ полигоне ВГИ;

- в системе оповещения об опасных явлениях погоды в Азербайджане;

- в проекте создания Северо-Кавказской автоматизированной радиолокационной метеорологической сети «СК АРМС».

2. Новые двумерные и трехмерные параметры облаков позволили усовершенствовать критерии распознавания объектов воздействия с целью сокращения числа засеваемых ОВ.

3. Усовершенствованная программа воздействия на градовые процессы позволяет исключить ряд субъективных ошибок и повысить эффективность пгз.

4. Новые интегральные параметры облаков, метод оценки степени повреждений сельхозкультур и ущерба от градобитий позволяют повысить оперативность оценки физической и экономической эффективности ПГЗ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности эволюции во времени одномерных, двумерных и трехмерных радиолокационных параметров облаков, методы, алгоритмы и программы их получения.

3. Усовершенствованные радиолокационные критерии распознавания градовых, градоопасных и потенциально-градоопасных облаков, проведения воздействия на них и контроля физической эффективности воздействия.

4. Метод, алгоритмы и программное обеспечение автоматизированной системы «АСУ-МРЛ»,, предназначенной для исследования облаков, предотвращения града и оповещения об опасных явлениях погоды.

Личный вклад автора:

Апробация работы:

Основные результаты диссертации докладывались на:

- Всероссийской конференции по физике облаков и АВ на гидрометеорологические процессы (г. Нальчик, 2001 г.);

- Международной научной конференции по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторингу загрязнения природной среды в странах СНГ (г. Санкт-Петербург, 2002 г.);

- конференции молодых ученых Кабардино-Балкарского научного центра РАН (г. Нальчик, 2002 г.);

- конференции молодых ученых ВГИ, посвященной 90-летию профессора Г.К. Сулаквелидзе.

Кроме того, предложенные радиолокационные методы, алгоритмы и программы испытаны и внедрены в ряде регионов РФ, Азербайджане и Украине в составе автоматизированной системы «АСУ-MPJl». Создана база данных по эволюции облачных систем в этих регионах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ и получено 2 патента Российской Федерации.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Содержит 127 страниц, 34 рисунка, 6 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Тебуев, Ахмат Даутович

4.5. Выводы

1. На основе сравнительного анализа существующих автоматизированных комплексов обработки радиолокационной информации показано, что:

1.1. Идеологические основы обработки радиолокационной информации во всех существующих системах идентичны, но они отличаются по назначению, конструкции аппаратной части, одно канальной или двухканальной обработке информации, радиусу обработки информации, пространственному разрешению, темпу обновления информации, возможностью сопряжения данных нескольких МРЛ и т.д.

1.2. Ни одна из этих систем не может претендовать на универсальность и возможность параллельного решения задач штормооповещения, измерения осадков и управления активными воздействиями. Например, системы АКСОПРИ и «Метеоячейка» не имеют прикладного программного обеспечения по автоматизации противоградовых работ. АСУ «Антиград» и «Мерком» решают эти задачи, но не отвечают требованиям штормооповещения и измерения осадков.

- АКСОПРИ имеет хорошо отлаженную программу измерения количества осадков. Она широко применяется также для активных воздействий на облака с целью ИУО (в РФ, Сирии, Иране и др.), а также в работах по метеозащите мегаполисов (Москва, Ташкент). Однако темп обновления информации и разрешающая способность не отвечает требованиям к системе ПГЗ;

- «Метеоячейка» успешно решает задачи штормооповещения во многих аэропортах возможностью дистанционного управления МРЛ на расстоянии до 5 км, но имеет низкую разрешающую способность при формировании и отображении выходной информации, большой размер пространственных ячеек, не достаточный для решения задач управления работами по АВ на облачные процессы;

- АСУ «Антиград» имеет хорошее пространственное разрешение и высокий темп обновления информации, успешно решает задачу воздействия на градовые процессы и отличается оригинальной программой автокалибровки радиолокатора в каждом цикле обзора и минимальной комплектацией аппаратной части, но имеет ограниченные возможности поддержки удаленных абонентов;

- «Мерком» обеспечивает автоматизацию противоградовых операциях и имеет некоторые возможности применения для АВ на облака с целью ИУО и штормооповещения. Однако по результатам ведомственных испытаний комплекс не был допущен для решения этих задач и имеет чрезмерное сглаженные картины радиоэха.

1.3. Таким образом, существующие системы имеются определенные преимущества и недостатки. Программные средства и технические параметры систем не обеспечивают возможность объединения преимуществ разных систем в какой-либо одной. В связи с этим в целях обеспечения многофункциональности применения метеорологических радиолокаторов по нашему мнению целесообразно разработать новую многоцелевую автоматизированную систему:

- объединяющую основные достоинства рассмотренных систем;

- имеющую дешевую и малогабаритную аппаратную часть, независящую от типа используемого радиолокатора и компьютера;

- универсальное программное обеспечение, позволяющее решать широкий круг задач (защита от градобитий и засухи, штормооповещения, измерения осадков);

- обеспечивающую стыковку данных соседних MPJI для создания радиолокационной метеорологической сети.

2. В соответствии с этими требованиями разработаны научно-технические требования к первичной и вторичной обработке радиолокационной информации применительно к задачам автоматизации радиолокационных макро- и микрофизических исследований облачных процессов, оповещения об опасных явлениях погоды, измерение осадков и управления АВ на облачные процессы с целью ИУО и предотвращения градобитий.

3. На основе этих требований и предложенных в разделах 1-3 данной работы методов измерения комплекса макро- и микрофизических параметров облаков разработано специальное программное обеспечение для многофункциональной автоматизированной системы «АСУ-МРЛ», обеспечивающей выполнение выше перечисленных задач и состоящей из:

- из аппаратуры первичной обработки информации, созданной на основе доработки АПРС системы АСУ «Антиград»;

- персонального компьютера для получения и вторичной обработки радиолокационной информации;

- компьютера сервера для обслуживания потребителей информации;

- абонентского терминала;

- аппаратуры передачи информации.

4. Полученные результаты по разработке методов, алгоритмов и программ исследования облачных процессов и оповещению об опасных явлениях погоды внедрены в составе «АСУ-МРЛ» в практику:

- научных исследований на Кызбурунском научно-исследовательском полигоне ВГИ;

- в систему противоградовой защиты в Ставропольской, Краснодарской ВС и Крамской ВС Украины;

- в систему штормооповещения в Азербайджанской республике;

- осуществляется работа по созданию на этой основе «Северо-Кавказской автоматизированной радиолокационной метеорологической сети» СК АРМС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе автоматизированных радиолокационных исследований закономерностей эволюции макро- и микроструктуры облаков и осадков разработаны новые методы измерения двумерных и трехмерных параметров облаков (приведенная и интегральная водности, объемы облачности и ее переохлажденной части) и показана их более высокая информативность в получении картины эволюции градовых процессов, конвективных ячеек и градовых очагов в них по сравнению с ранее измерявшимися одномерными параметрами.

2. Предложены автоматизированные методы исследования эволюции во времени облачности в целом и отдельных КЯ по эволюции их пространственной структуры, временного хода параметров и анимационных фильмов.

4. На основе обобщения существующих и вновь предложенных одноволновых и двухволновых методов измерения параметров микроструктуры и интегральных характеристик облаков и осадков разработаны алгоритмы и программные средства получения карт двумерных полей микрофизических характеристик облачных систем:

- карт размера и кинетической энергии града;

- карт степени повреждений и ущерба от градобитий.

- карт приведенной водности по всей высоте облачности и слоя выше изотермы 0°С (&иДег);

- измерения интегрального водо- и льдосодержания всего объема облачности или выделенных конвективных ячеек, а также объемов облачности выше изотермы 0°С (т.е. области зарождения и роста града) AQV, ограниченных любой изолинией отражаемости Ъ\0> 15, 25, 35 . и 75 dBZ.

5. На основе анализа погрешностей измерений, показано, что среднеквадратичные ошибки определения параметров микроструктуры облаков и осадков составляют при измерении размера града в однокомпонентных градовых осадках и смешанных осадках не более 12%; водности и ледности осадков qz, qz и кинетической энергии града Ё в однокомпонентных средах (град или дождь) около 30%, а в двухкомпонентной среде (град с дождем) 3840%; приведенной (Qz и AQz), и интегральной водности облачности (Qv и AQV) составляет около 41%.

6. Предложены новые критерии распознавание объектов воздействия на градовые процессы и оценки физической эффективности воздействия на них, основанные на автоматизированном измерении двумерных и трехмерных параметров облаков и радиолокационной оценке степени повреждения и ущерба от градобитий.

7. Разработаны алгоритмы и программы оповещения об опасных явлениях погоды (град, гроза, шквал, ливневой дождь) по нескольким градациям интенсивности этих явлений.

8. Предложенные методы и алгоритмы исследования облачных процессов, оповещения об опасных явлениях погоды, распознавания объектов АВ и оценке эффективности АВ на градовые процессы реализованы в виде программного обеспечения многоцелевой автоматизированной системы «АСУ-МРЛ», которая успешно применяется в практике:

- научных исследований градовых процессов;

- в системе защиты от града в Ставропольской, Краснодарской ВС и Крамской ВС Украины;

- в системе штормооповещения в Азербайджанской республике;

- использована при разработке проекта «Северо-Кавказской автоматизированной радиолокационной метеорологической сети» СК АРМС.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Тебуев, Ахмат Даутович, Б.м.

1. Абшаев M. Т., Атабиев М. Д., Макитов В. С. Радиолокационные измерения кинетической энергии градовых осадков // Труды ВГИ. 1984. Вып. 59. С. 60-77.

2. Абшаев М. Т., Батищев В. Г. Инюхин В. С., Тапасханов В. О. Автоматизированная система активного воздействия на градовые процессы. // Тезисы докладов на научной конф. Росгидромета. Секция 6. -М.: 1996.-С. 62-63.

3. Абшаев М. Т., Беккиев А. Ю., Тапасханов В. О., Тебуев А. Д. Проект Северо-Кавказской автоматизированной радиолокационной метеорологической сети. Труды ВГИ, 2002 г. Вып. 94.

4. Абшаев М. Т., Бурдаков Ф. И., Ваксенбург С. И. Пашкевич М. Ю. Устройство обработки эхо-сигналов метеорологического радиолокатора. -А. С. СССР № 723896 от 28.11.79 с приоритетом от 14.08.78.

5. Абшаев М. Т., Бурдаков Ф. И., Ваксенбург С. И., Шевела Г. Ф. и др. Специализированный радиолокатор градозащиты и штормооповещения МРЛ-5 и его метеорологическая эффективность // Труды ВГИ. 1976. Вып. 33.-С. 3-30.

6. Абшаев М. Т., Дадали Ю. А. Локализация градовых очагов в кучево -дождевых облаках. // Метеорология и гидрология. 1970. № 9. С. 28-36.

7. Абшаев М. Т., Дадали Ю. А. Способ измерения жидких осадков. А. С. СССР № 318887 Б. И. № 32. 1972.

8. Абшаев М. Т., Инюхин В. С. К вопросу оценки точности радиолокационных измерений // Тр. ВГИ. 1991. Вып. 80. С 40 - 44.

9. Абшаев М. Т., Капитанников А. В., Тапасханов В. О. Автоматизированная система радиолокационного исследования макро- и микроструктуры градовых облаков. // Тезисы Всес. конф. по АВ на гидрометеорол. процессы, Обнинск, 1987, - С. 149-150.w

10. Абшаев М. Т., Малкарова А. М., Тебуев А. Д. Радиолокационный контроль эффективности воздействия на градовые процессы // Тезисы докладов научной конф. по резул. исслед. в области гидрометеор, в странах СНГ. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002. с. 12-14.

11. Абшаев М. Т., Малкарова А. М., Тебуев А. Д. Усовершенствованный метод радиолокационного контроля эффективности воздействия на градовые процессы // Тезисы Всерос. Конф. по ФО и АВ на гидромет. процессы. -Нальчик.-2001. С. 112-114.

12. Абшаев М. Т., Розенберг В. И. Поглощение и полное ослабление микрорадиоволн в градовых и дождевых осадках // Труды ВГИ. 1975. Вып. 29.-С. 18-40.

13. Абшаев М. Т., Розенберг В. И. Рассеяние и ослабление радиоизлучения сантиметрового диапазона градом. // Изв. АН СССР "Физика атмосферы и океана". 1969. Т. 5, № 8. С. 803- 809.

14. Абшаев М. Т., Розенберг В. И. Рассеяние и ослабление радиолокационного излучения обводненными градинами. // Изв. АН СССР "Физика атмосферы и океана". 1969. Т. 5, № 9. С. 973-978.

15. Абшаев М. Т., Сулаквелидзе Г. К. Радиолокационный контроль эффективности воздействия на конвективные облака // Тр. ВГИ. 1970, Вып. 14.-С. 234-245.

16. Абшаев М. Т., Чеповская О. И. О функции распределения града // Метеорология и гидрология. 1967. № 6. С. 36-40.

17. Ашабоков Б.А., Кокова Ф.М., Шаповалов А.В. Об одном методе и некоторых результатах восстановления микроструктуры однофазных облаков // Труды Междун. Конф. «Системные проблемы надежности математ. моделир. и информ. технологий», Сочи, 1998.

18. Ашабоков Б.А., Созаева J1.T. Восстановление микроструктурных характеристик облаков и осадков решеним обратных задач // Материалы Всерос. Конф. По ФО и АВ на гидромет. процессы. Нальчик. 2001. - С. 62-63.

19. Агекян Т. А. Основы теории ошибок для астрономов и физиков // Наука. 2-е изд.-М., 1972.- 170 с.

20. Альперт Я. JI. Распространение радиоволн и ионосфера. М.: Изд. АН СССР. 1960.-480 с.

21. Аммерал J1. Интерактивная трехмерная машинная графика. Пер. с англ. -М. Изд-во «Сол Систем», 1992 320 с.

22. Аммерал JI. Машинная графика на персональных компьютерах. Пер. с англ. М. Изд-во «Сол Систем», 1992 - 242 с.

23. Аммерал JI. Принципы программирования в машинной графике. Пер. с англ. М. Изд-во «Сол Систем», 1992 - 224 с.

24. Анисимов Б. В., Курганов В. Д., Злобин В. К. Распознавание и оцифровка изображений. М. Изд-во «Высшая школа», 1983. — 296 с.

25. Атлас Д. Успехи радарной метеорологии. Пер. с англ. JL: Гидрометеоиздат, 1967. - 194 с.

26. Бартон Д., Вард Г. Справочник по радиолокационным измерениям. Пер. с англ. М.: Советское радио, 1976. - 392 с.г

27. Баттан JI. Дж. Радиолокационная метеорология. Пер. с англ. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 196 с.

28. Берюлев Г. П., Мельничук Ю. В., Черников А. А. Автоматизированный радиолокационный комплекс для измерения атмосферных осадков // Тр. V Всес. совещ. по радиометеор. М.: Гидрометеоиздат, 1981. - С. 127-133.

29. Бин Б., Даттон Дж. Радиометеорология. Пер. с англ. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. - 362 с.

30. Болыпев Л. Н., Смирнов Н. В. Таблицы математической статистики. М.: Наука. 1983.-416 с.

31. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. Пер. с англ. М.: Изд-во Мир. - 662 с.

32. Брылев Г. Б., Линев А. Г., Федоров А. А. Погрешности различных способов измерения средней мощности радиоэха облаков. // Труды ГГО, 1971, вып. 271,-С. 65-76.

33. Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами. Пер. с англ. М: Изд-во иностр. лит., 1961. - 536 с.

34. Виноградов Ю. Б. Этюды о селевых потоках. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. -144 с.

35. Воробьев Б. М. Рассеяние и ослабление радиоизлучений в градовых облаках // Труды ГГО. 1975. Вып. 328. С. 179-188.

36. Временные указания по воздействию на градовые процессы / Абшаев М. Т., Бурцев И. И., Дадали Ю. А., Захаров В. Г., Михеев М. Д., Пометельников В. А. Москва, 1987. - 41 с.

37. Горелик А. Г., Смирнова Г. А. О связи водности и интенсивности осадков с радиолокационной отражаемостью метеообъекта при различных параметрах распределения капель по размерам // Труды ЦАО, 1963. Вып. 48.-С. 98-105.

38. Дадали Ю. А., Лившиц Е. М. Радиолокационные исследования трансформации параметров облаков при естественном развитии и при активных воздействиях на них // Тр. ВГИ. 1985. Вып. 59. С. 104-112.

39. Денис А. Изменение погоды засевом облаков. М.: Мир, 1983. - 272 с.

40. Димаксян А. М. Радиооповеститель селя (РОС). Л.: Гидрометеоиздат, 1966.-82 с.

41. Довиак Р., Зрнич Д. Доплеровские радиолокаторы и метеорологические наблюдения. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 512 с.

42. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. Пер. с англ. М. Изд-во «Мир», 1976. - 512 с.

43. Женев Р. Град. Пер. с франц. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. - 106 с.

44. Заморский А. Д. Атмосферный лед. М.: Изд-во АН СССР, 1955. - 186 с.

45. Исследование статистических характеристик метеорадиоэха / Абшаев М. Т., Инюхин В. С., Тапасханов В. О., Толмачев В. В. // Труды ВГИ, вып. 50, -С. 121-132.

46. К вопросу пространственно-временного распределения параметров микроструктуры и водности кучево-дождевых облаков / Абшаев М. Т., Дадали Ю. А., Мальбахова Н. М. и др. // Труды ВГИ. 1976. Вып. 33. С. 67-70.

47. Канарейкин Д. Б., Павлов Н. Ф., Потехин В. А. Поляризация радиолокационных сигналов. М.: Сов. радио, 1966. - 440 с.

48. Керр Д. В. Распространение ультракоротких радиоволн. Пер. С англ. М.: Изд-во Советское радио, 1954. - 710 с.

49. Малкарова А. М., Тебуев А. Д. Радиолокационный контроль эффективности воздействия на градовые процессы. // Труды конф. Молодых ученых КБНЦ РАН. Нальчик. - 2002. с. 76-83.

50. Мищенко Ю. А. Радиолокационные цели. М.: Воениздат, 1966. - 139 с.

51. Об оценке физической эффективности экспериментов по воздействию на градовые процессы / Абшаев М. Т., Ашабоков Б. А., Макитов В. С., Федченко JI. М. // Всес. конф. по АВ на гидромет. проц. JL: Гидрометеоиздат, 1990.-С. 181-185.

52. Особенности построения и метеорологическая эффективность радиолокатора градозащиты и штормооповещения MPJI-5 / Абшаев М. Т., Бурдаков Ф. И., Ваксенбург С. И. и др. // Труды IV Всес. совещ. по радиометеор.-М.: 1984.-С. 168-174.

53. Патент РФ №2213983. Автоматизированная система управления активным воздействием на облака / Абшаев М. Т., Байсиев Х.-М. X., Джангуразов X. X., Тебуев А. Д. Кассиров В. П., Евграфов В. Д.

54. Патент РФ №2213984. Авиационный метеорологический комплекс для активных воздействий на облака / Абшаев М. Т., Байсиев Х.-М. X., Джангуразов X. X., Тебуев А. Д., Кассиров В. П., Евграфов В. Д.

55. Принципы построения автоматизированных систем метеорологического обеспечения авиации / Под ред. Щукина Г. Г. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. -371 с.

56. Радиолокационные измерения осадков / Боровиков А. М., Костарев В. В., Мазин И. П., Черников А. А. Л.: Гидрометеоиздат. 1967. - 140 с.

57. Радиолокационные измерения осадков / Г. П. Берюлев, В. В. Костарев, Ю. В. Мельничук, А. А. Черников // Труды V Всес. сов. по радиомет. М.: 1981.-С. 3-8.

58. Руководство по применению радиолокаторов МРЛ-4, МРЛ-5, МРЛ-6 в системе градозащиты / Абшаев М. Т., Бурцев И. И., Ваксенбург С. И., Шевела Г. Ф. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 230 с.

59. Руководящий документ РД 52.37.601-98. Наставление по ракетно-артиллерийскому обеспечению активных воздействий на гидрометеорологические процессы / Абшаев М. Т., Шелковый Г. Т. С-П.: Гидрометеоиздат, 1999. - 100 с.

60. Руководящий документ РД 52.37.67-98. Методические указания. Методы оценки эффективности воздействия на градовые процессы / Абшаев М. Т., Малкарова А. М. Москва, 1999. - 20 с.

61. Руководящий документ РД 52.37.96-98. Инструкция. Активные воздействия на градовые процессы / Абшаев М. Т. Москва, 1998. - 32 с.

62. Седунов Ю. С. Активные воздействия на метеорологические процессы в интересах народного хозяйства // Метеорология и гидрология. 1986. № 9. -С. 5-17.

63. Серегин Ю. А. Исследования по искусственным воздействиям на облака и туманы // Тр. ЦАО. 1981. Вып. 153. С. 30-45.

64. Симеонов П. Об оценке эффективности многолетней градозащиты на двух полигонах в Болгарии // Всес. конф. по активным воздействиям на гидрометеорологические процессы. Тез. докл. Обнинск, 1987. - С. 36.

65. Современная радиолокация (анализ, расчеты, проектирование систем). Пер. с англ. М.: Изд-во Советское радио, 1969. - 704 с.

66. Состояние и перспективы развития наземной автоматизированной системы метеообеспечения авиации / Степаненко В. Д., Брылев Г. Б., Мельник Ю. А. и др. // Труды VI Всес. совещ. по радиометеор. JI.: 1984. -С. 3-8.

67. Справочник по радиолокации. Пер, с англ. в четырех томах. Под редакцией К. Н. Трофимова. М.: Изд-во Советское радио.

68. Том 1. Основы радиолокации. 1976. - 456 с. Том 2. Радиолокационные антенные устройства. - 1977. - 405с. Том 3. Радиолокационные устройства и системы. - 1978. - 527с. Том 4. Радиолокационные станции и системы. - 1978. - 375с.

69. Степаненко В. Д. Радиолокация в метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1973.-343 с.

70. Сулаквелидзе Г. К. Ливневые осадки и град. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. -412 с.

71. Теоретические основы радиолокации. / Под редакцией Ширмана Я. Д. -М.: Советское радио, 1970. 560 с.

72. Тихонов А.Н. О регуляризации некорректно посталенных задач // ДАН СССР. 1963. - 153. - № 3. - С. 501 - 505.

73. Тлисов М. И., Таумурзаев А. X., Федченко Л. М., Хучунаев Б. М. Физические характеристики града и повреждаемость сельхозкультур // Всес. конф. по АВ на гидромет. проц. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - С. 153-157.

74. Федоров Е. К. Активные воздействия на метеорологические процессы // Сб. «Метеор, и гидр, за 50 лет Советской власти». Л.: Гидрометеоиздат, 1967.-С. 34-42.

75. Федченко Л. М., Гораль Г. Г., Беленцова В. А., Мальбахова Н. М. Опасные конвективные явления и их прогноз в условиях сложного рельефа. М.: Гидрометеоиздат, 1991. - 424 с.

76. Флейшман С. М. Сели. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. - 312 с.

77. Цыкунов В. В. Влияние вариаций спектров капель дождя на точность радиолокационного измерения осадков // Труды ИЭМ. 1972. Вып. 30. -С. 96-108.

78. Шифрин К. С. О расчете микроструктуры // Труды ГГО. 1961. Вып. 109. -С. 73-95.

79. Шупяцкий А. Б. Радиолокационное измерение среднего размера капель и водности в сильных дождях // Труды ЦАО. 1958. Вып. 20. С. 58-70.

80. Щукин Г. Г., Бобылев JI. П., Ильин Я. К. Некоторые результаты определения характеристик водозапаса современными методами активно-пассивной радиолокации // Труды VI Всес. совещ. по радиометеорол. М.: Гидрометеоиздат. 1984. - С. 205-208.

81. Abshaev М. Т. A New Concept of hailstorm Modification // Sixth WMO Sci. Conf. On Weather Modif. Paestum, Italy, 1994. - Vol. 1. - P. 139-142.

82. Abshaev M. T. Efficiency of Russian hail suppression technology in different regions of the World // Seventh WMO Sci. Conf. On Weather Modif. Chiang Mai, Thailand, 1999. - Vol. 2. - P. 411-414.

83. Abshaev M. T. Evolution of seeded and non-seeded hailstorms // Seventh WMO Sci. Conf. On Wea. Mod. Chiang Mai, Thailand, 1999. - Vol. 2. -P. 407-410.

84. Abshaev M. Т., Abshaev A. M. and Tebuev A. D. Aircraft-rocket technology of hail suppression. // Eighth WMO Sci. Conf. On weather Modif. -Casablanca, Marocco, -2003. p. 339-342.

85. Abshaev M. Т., Malkarova A. M., Tebuev A. D. Radar estimation of hail damage. // Eighth WMO Sci. Conf. On weather Modif. Casablanca, Marocco, -2003. p. 471-474.

86. Abshaev M. Т., Tapaskhanov V. O., Iniukhin V. S. Computerised System for Hail-suppression // Sixth WMO Sci. Conf. On Weather Modif. Paestum, Italy, 1994.-Vol. 1.-P. 99-100.

87. Berville P., Jean C., Lescure A. Relations entre les parameters physique, des chutes de grele et les degats occasionees aux cultures / Contract GNEFA ACH. 1980.-№39.-P. 59.

88. Browning K. A. and Ludlam F. H. Airflow in convective storms. // Quart. J. Roy. Met. Soc. 1962. - Vol. 88. - P. 117-135.

89. Chengnon S. A. Examples of economic losses from hail in the U. S. // J. Appl. Met.- 1972.-Vol. 11.-P. 1128-1137.

90. Dessens J. Hail in South Western France: Results of a 30-year hail prevention Project with Agl seeding from the ground // J. Climate Apl. Met. 1986. -Vol. 25.-P. 48-58.

91. Eccles P. I., Miller E. A. X-band attenuation and liquid water content estimation by dual-wavelength radar. // J. Appl. Met. 1973. № 10. - P. 1252-1259.

92. Eccles P. J., Atlas D. A dual-wavelength radar hail detector. // J. Appl. Met., 12. 1973.-P. 847-856.

93. Eccles P. J., Atlas D. A new method of hail detection by dual-wavelength radar II Prepr. of 14th Radar Met. Conf. Tucson. Amer. Met. Soc. Boston. 1970. - P. 106-112.

94. Federer В., Waldvogel A., Schmidt W. et al. Main results of Grossversuch 4 // J. Clim. Appl. Met. 1986. Vol. 25. - P. 917-957.

95. Federer В., Waldvogel A., Schmidt W. First results of Grossversuch 4 // Second Intern. Conf. on Hailstorms and Hail Prevention. Sofia, 1984. - P. 367 - 374.

96. Hail size related to crop damage / J. L. Sanchez, J. L. de la Madrid, M. T. de la A Fuente, P. Rodriguez, R. Fraile // Sixth WMO Sci. Conf. On Weather Modif.

97. Paestum, Italy, 1994. Vol. 1. -P. 209-212.

98. Holler H., Meischner P. F. Multiparameter Radar investigation of hailstorms and operational storm seeding in Southern Germany // Sixth WMO Sci. Conf. On Weather Modif. Paestum, Italy, 1994. - Vol. 1. - P. 47-50.

99. Knight C. A. and Squires P. Hailstorms of the Central High Plaines // The Nat. t Hail Research Experiment. Colorado, Boulder, 1982. - Vol. 2. - P. 302.к

100. Krauss Terry W. Radar Characteristics of Seeded and Non-Seeded Hailstorms in Alberta, Canada // Seventh WMO Sci. Conf. On Weather Modif. Chiang Mai, Thailand, 1999. - Vol. 2. - P. 415-418.

101. Marwitz J. D. The structure and motion of severe hailstorms. Parts I-III. // J. Appl. Met. 1972.-Vol. 11. No 1.-P. 166-201.

102. On hail detection at the ground / Fraile R., Castro A., Marcos J. L., Vega A., Sanchez J. L. // Sixth WMO Sci. Conf. On Weather Modif. Paestum, Italy, 1994.-Vol. l.-P. 201-204.

103. Petrov R., Dimitrov Ch., Slavov K. Automated Radar System for a convective cloud seeding Project // Sixth WMO Sci. Conf. On Weather Modif. Paestum, Italy, 1994. - Vol. l.-P. 451-454.

104. Problems of Hail Suppression in Bulgaria / Simeonov P., Boev P., Petrov R., Andreev V., Syrakov D. // Kliment Ohridski Univ. Press. Sofia, 1990. -315 p.

105. Register of National Wea. Modif. Projects 1993 and 1994 // WMP. № 25.

106. Report No. 1 of the Meeting of Experts on the Present Status of hail suppression // WMO. Weather Modification Programme. Hail Suppression Research. Geneva, December 1977. - 24 p.

107. Report No. 2 of the Meeting of Experts on the detection and measurement of hail // WMO. Weather Modification Programme. Hail Suppression Research. -Nalchik, USSR, November 1979. 29 p.

108. Report No. 3 of the Meeting of Experts on the Dynamics of Hailstorms and related uncertainties of Hail Suppression // WMO. Weather Modification Programme. Hail Suppression Research. Geneva, February 1981. - 30 p.

109. Report No. 5 of the Meeting of Experts on the evaluation of hail suppression experiments // WMO. Weather Modif. Program. Hail Suppression Research. -Nalchik, USSR, September 1986. 49 p.

110. Report of the Eighteenth Session of the Executive Council Panel of Experts/CAS Working Group on physics and chemistry of clouds and Weat. Modif. Res. WMO, Geneva, 30 January 1995. - WMP No. 24. - 68 p.

111. Report of the Meeting of experts to review the present status of hail suppression // WMO. Weather Modif. Program. Hail Suppression Research. -Golden Gate National Park, South Africa, 6-10 November 1995. WMP No. 26.-40 p.

112. Results of a randomized hail suppression experiment in Northeast Colorado. Part 2. Surface database and preliminary statistical analysis / Grow E. L., Long А. В., Dye J. E., Heymsfield A. E. // J. Appl. Met. 1979. - Vol. 18, № 2. -P. 1538-1558.

113. Simeonov P. An Overview on the Evaluation of Hail Suppression Efficiency in Bulgaria // Sixth WMO Sci. Conf. On Weather Modif. Paestum, Italy, 1994. -Vol. 1.-P. 217-220.

114. Smith P. L. Hail suppression activity around the world. // Prepr. of Symp. on Plan. Inv. Wea. Modif. Atlanta. Amer. Met. Soc. Boston, Mass. 1992.

115. Srivastava R. C. and Jameson A. R. Hail: Radar detection of hail. Met. Monogr., N 38, G. B. Foote and C. A. Knight, Eds., Amer. Met. Soc., Boston, 1977,-P. 269-277.

116. Tetehira R., Shimizu T. Improvement in performance of grouund clutter rejection. // Proc 19-th Radar Conf., Amer. Met. Soc., 1980, - P. 176-179.

117. The Detection and Measurement of Hail. // Report N 2 of the Meeting of Experts held in Nalchik, USSR. November, 1979. WMO, Geneva. 29 p.

118. Tlisov M. I., Fedchenko L. M., Khuchinaev В. M. Time-space variations of Microphysical, spectral and energetic characteristics of hail // Sixth WMO Sci. Conf. On Weather Modif. Paestum, Italy, 1994. - Vol. 1. - P. 97-98.

119. Ulbrich W. Relationships of equivalent reflectivity factor to the vertical fluxes of mass and kinetic energy of hail //Appl. Met. 1978. - Vol. 17, No 12. -P. 1803-1808.

120. Waldvogel A., Federer В., Schmidt W., Megeiw I. E. The kinetic energy of hailfalls. Part II: Radar and hailpads. // J. Appl. Met. 1978, Vol. 17, No 2, -P. 1680-1693.

121. Waldvogel A., Schmid W., Federer B. The kinetic energy of hailfalls. Part I: Hailstone spectra. // J. Appl. Met. 1978. V. 17, - N 4. - P. 515-520.

122. Wexler R. and Atlas D. Radar reflectivity and attenuation of rain. // J. Appl. Met. 1963. -V. 2. P. 276-280.

Информация о работе

Тебуев, Ахмат Даутович
кандидата физико-математических наук
Б.м., 0
ВАК 25.00.30

Диссертация

Автоматизированные радиолокационные исследования макро- и микрофизических характеристик облаков и осадков - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы