Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Физико-статистические методы восстановления физических параметров состояния тропосферы в задачах атмосферного мониторинга и военной геофизики

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Физико-статистические методы восстановления физических параметров состояния тропосферы в задачах атмосферного мониторинга и военной геофизики"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ВЭ ПО ШОПЕГ/ ОНРЛЗОЗЖЭ РСССПпСШЯ ТОЭД&РСТВЕНЗЬЙ ШИШТШКШЯЯИЕСКИЯ ШСТЙГУГ

Кэ правая рукописи

РГ6 ол

Уда 551.510.52

дксалЕвхч Ватопна Иосн^овкч

СШЖОЧЗТДТйСТИЧЕСШЗ ьззтода ВОСОТАНОНШШ ®ЗНЧШШ5Г ПАШЙГРОЗ СОСТОЯНИЯ ТРОПОСФЕРЫ В ЗАДАЧАХ йКаОСФЕРЕОГО ' ШЕЕГОИШГА II БОПШОП ГЕОИЗШИ.

{ 11.00.09 а-георохогия, юзсятагогия, бграгзтаорагагил. J

Автора!® pa? дассертадгя ва соясхашэ учепоЗ стопина кандидата фззйко-иатейатачэсиа паук.

Сапкт-Пзтербург

1994

Работа выполнена в Российском государственном гндроштеорологическом институте.

Научный руководитель : доктор географически наук, доцент, Комаров В.С.

Официальные оппоненты 8 Доктор физико-математических наук, профессор, Матвеев Л.Т. Кандидат физико-математических наук, додант. Решнсон В.А.

Ведущая организация ; в/ч 40254

Защита состоитсяЗ^мая 1994 года в на заседании

специализированного совета К.063.13.01. Российского государственного гидрометеорологического института.

Адрес: 195196» р. Санкт - Петербург» Малоохтинскиа пр. 98. С диссертацией можно ознакомиться в библиотека РГГОй Автореферат разослан ЖОМУ Ученый секретарь епвциализгрованюго совете

Еникеева В.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тома определяется:

- недостаточной разработкой математического и программного сбес точодая задач восстяновдвния портикалышх прсфишй метеорологических воличия в глобальном и локальном масштабах при нарушении система обмена метеорологической информацией и ограничения доступа к средствам связи;

- практической необходимость*) разработки методик» алгоритмов и программ подготовки метеорологической информации для обеспечения надетаого функционирования верспеотивных военно-технических систем;

- повышениом требований к полноте и точности представления параметров высотного распределения метеорологических величин в условиях соблпдйпия маскировки и автономности функционирования этих комшюнсов.

- поведением требований к точностным характеристикам и эффективности современных вооружений, существенно зависящие от состояния окружающей природной сродн;

- целесообразностью внедрения лидеров в практику геофизического обеспечения и необходимостью подготовки условий для рационального использования выдаваемой ими информации.

Цель работы заключалась в оценке способов получения и представления информации о вертикальном распределении температуры и ветра в системе метеорологического обеспечения, исследовании перспектив и целесообразности развития технических средств измерения, выборе и оптимизации наиболее аф$ективннх фиэако-ст%тистичйских методик восстановления параметров состояния тропосфоры в интересах решения задач метеорологического обеспечения, выработке предложений и рекомендаций по выполнению говылшвдахся трэбоаний к качеству метеорологического обеспечения в условиях ограничения постугожоа пяформзцди и необходимости усиления маскировки, разработке из тематического и ггрограгяшо-алгор'а'пдиес^го обеспечения восстановления температура и ветра в тропосфере, создании специализированной информационной базы данных и доказательстве зфХектавности предлагаемой методика для решения вышеперечислешшх задач военной геофгдася и атмосферного мониторинга. ..

В ходе выполнения работа автором било детально изучено и проанализировано современное состояние дел в рассматриваемой

продиатшй области, в том чис^о на основе собственных вагчатлеваа и информации о качестве метеорологического обеспечения при выполнении Вооруженными Силами интернационального долга в Афганистане в период 138-4 - 1385 годов. Впоследствии, после выявления необходимости решения задач по обеспечению автономности и малозаметности метеорологических комплексов были проведены сравнительные исследования возможностей численных и фазико - статистических методов в интересах восстановления вертикальных профилей метеорологических параметров по наземным наолвденияч и "усеченным" профилям. Но мере накопления материала автором производились опыты по мезомаситабяому моделировании и физико-статистической типизации вертикального распределения температуры и ветра в пограничном слое атмосферы, результатом которых явилось опубликование в I98G

- 1903 годах ряда статей по данной проблема.

В дальнейшем возникла насущная потребность распространения действия моделей на всю толщу тропосферы. При этом впервые в задаче восстановления вертикальной структуры метеорологических полей применялся нетрадиционный подход, основанный на использовании модифицированного дагода группового учета аргументов ( ШГУА ), который был разработан по нашему заданию специалистами института кибернетики АН Украины ( г.Киев ). Ото позволило за счет структурно-параметрической идентификации .профилей температуры и параметров ветра ( зональной и меридиональной составляющих скорости ветра ) значительно улучшать качество их восстановления, причем при минимуме исходной информации.

Б результате была созданз специализированная информационная база данных "AEROBASE", разработаны а оптимизированы методики, алгоритмы и программное обеспечение восстановления температуры и ветра' в тропосфере, предложены варианты комплексированая измерительных средств с вычислительными системами и использования рекомендуемых к созданию автономных геофизических комплексов в интересах метеорологического обеспечения ракетных войск и артиллерии ( РВ и А ).

Научная новизна работы заключается :

- в распространении на ноле ветра принципов таксономической классификации и уточнении границ квззиодаородаых районов по комплексу: "температура - давление - влажность - озон - ветер" ( ТДВОВ ) uu территории Сеззрио1\) полу ¡парне;

- в модергогоиции модифицированного метода группового учета

аргументов ( ШГУЛ ) применительно к задача восстаповлогшя вертикальных профчлвл температуры и ветра;

- в оценке ( на реальных независимых изблздониях ) эффективности результатов физжо-статасткческого прогноза пробило» температуры, зональной и меридиональной сос-тагляэднх скорости Еетрэ в зависимости от реального состояния земной атмосферы;

- в разработке схемы и алгоритмов комплексного решения задачи восстановления параметров состояния тропосферы на основе данных систем дистанционного ( в том числе лвдаряого ) зондирования в нижнем слое и результатов их прогноза на выше расположенных уровнях, осуществляемого с помоги алгоритмов М.ЦГУЛ;

- в применении алгоритма ШГУА для получения информации о средних значениях температуры и параметров ветра в разливших по толцяна слоях троиосфорц, в том числе но сетке вортакалышх координат нормальной артиллерийской атмосферы;

- в обосновании возможности использования лидарних измерений в задача восстановления вертикальных прсфллвЯ ветра по данным жсголежицях уровне 2;

- в • создании специализированной аэрологической базы дашг'х "АЕЯ08А££", математического и сервисного

. програ;.ино-ал1>орат?етгеского обеспечения применительно к решения задача восстановления профиеа и нахождения послойно осродленных значения температуры и ветра;

- в разработке прелкожелий по тактика боевого приметная л использовании метеорологаческих комплексов для обеспечения подготовки к фушэдюшгрованка ракетных и яртчллориасшис систем.

Научная и практическая ценность работы вытокзэт из ее направленности на разработку новых методик получения и обработки метеоязфорлгяеш в интересах соворзспствования метеорологического а геофизического обеспечения войсх.

Результата и выводы методических разработок, проведанных в гшшо подготовки, анализа и обобщения аэрологических материалов, в частности, преобразования исходной информации в формат, необходимый для старта вычислительного алгоритма, проведения и оцошси качества таксономической классификации, создания спэцизлпздроашюЗ аэрологической базы данных и обоснования структуры и принципов деятельности общей блск-схеш могут широко применяться при ресепта ряда сходных проблем, касмдахся обеспечения апологического и втмосферного мониторинга, совершенствования климатической шг^орш:цяя, систем хранения

даншх и организация доступа к ним, при выработке троОованиг к виду и составу перспективных военно-технтесгагх систем, при оцэнке надежности зксцдуатару&люЯ авиационной техники и вооружения в различных у слое них и т.а. lia задщту выносятся:

- методика оперативного восстановления вертикальных профилей температуры и ветра на осиовв ЬЫГУД;

- алгоритм! оптимизации математической модели восстановления профилей 4даических параметров состояния тропосферы;

результаты численных эксперпмантов ао оценке точности и зф[£ктивности ЫШ7А в задача* оптимально:*» прогноза ( восстановления ) тошорзтурн а ветра в троаоа^еро, в том

*шсл> с использованием алгоритма послойного осреднения, до данным юлюдежаида у ровни Я;

рекомендации ао порядку использования автономного метеорологического кошдэхса h интересах ИЗ и Л;

- результаты натурных экспериментов по оценке возможностей использования данных лидарного зондирования в задачах геофизического анДормаццоншго обеспечения.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывалась в оОсуздалясь в Российском государственном гидрометеорологическом институте, Ю21КЛ им. д.Ф.иожайского, ьоронехском ОВлИУ, ^статуте оптика атмосферы СО РАН. Отдельные разделы н наложения . работа докладывались на III научно-технический кок^еренцаи Воронежского ВСАИУ, посвященной проблемам иоьшдешш эФ1мкт1Шности метеорологичвского, аэродрснш-технического обеспечения авиации Воорукешшх Сил С май 1002 ), научно-технической конференции ЕШКА им. А.Ф.Можайского, посвященной проблемам военной геофизики а контроля состояния природной срода ( декабрь 1992 ), XI Симпозиума по лазерному я акустическому зондировании атмосферы ( г.Томск, ншь ID02 ), XII Иеаре сну блшишском сшяюззуга по распространении лазерного излучения в атмосфро я водных средах ( г.Томск, ишь 1993 », итоговой сосеаа ученого совета РГШИ ( февраль 1ЭЭ4 ), на научных семинарах я расширенных заседаниях кафодр я отделов в/ч 75054, географического факультета МГУ, ШГШ, ЛАУ.

Публкацда. По теме диссертации опубликованы и находятся в n»4ara~II'cÍ!JÍü'eTwiTOJu,mu: и ооииусишх • с соавторша статей и расшрмгашс тезисов.

Объем и структура ряботы. Длсссртац'лошк-'.я работа состоит из вщ^ШПГчЬщш' "1я5дол0вГ гияшямем, списка литература и

приложения. Общий объем работа составляет 152 страница, включая G рисунков и 12 таблиц. Список литературы содержит 121 яаимонопапио, из них 12 на английском языке. В прилокении 9 рисунков и 10 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ИССЛЕДОВАНИИ

Во введении обосвоашатса актуальность и практическая значимость расоты, формулируются основные задачи исследования sr обсузкдаются нути их решения.

Пергай раздел дассертагиовной рпбота посвящен описания состояния проолёни получения информации о ворппсальном распределении температуры д ветра в атмосфер». Подробно проаналигзрован действущий порядок метеорологического обеспечения PB и А, рассмотрены директивные и формализованные документы, правила и порядок их отработки и использования.

В соответствии с этим, метеостанция, оснащенные аппаратурой радиозондирования,: AIWC-O, MAPC-I, MPK-I, РГШ, как правило, располагаюуся на удалении 7 - Ю км от позиционных районов артиллерии. Шесте с тем, суди по опыту метеорологического обеспечения боевых действий в Афганистана, войска испытывают острый дрфщит метроинформэцяи, особенно в отношении результатов темперятурно-ветрового зондирования. Стянгда типа 1УС - I легко выводятся из строя как применением огпвшх средств воздействия, так и средствами РОБ. В целях умоныпэния уязвимости для станции MPK-I предусмотрена радиомаскировка, когда комплексное зондароврнае атмосферы осуществляется в дискретном рояимэ. Однако это погптягао сказывается па точности опродоления вертикальных профхчой метеорологических величин, наконец, в соврсмошшх условиях использование дорогостоящи разовых средств зошироваши перестает быть эффективным, а применение шар-пилотов резко повыисет уровень замэтности комядо'ссов я облегчает их обнаружение проташшеом.

С целью уто'шмшя и оптимизации требований к метеорологическому обеспечению стрельбы проанализированы "riyinax! вягяапя" современных я перспектав;шх K'-GO я ствольной артиллерия. На основании исследования сделан вывод, что длл обеспечения устойчивого а нздопюго функционирования данных шсшю-тоЕпггасгсах систем необходимо згшиэ распределения темяеротури п гл-трупих параметров до высота 10 км.

¡Ьдробно p:x:r;>j r[.«j!!ii осношлэ опоратшшо я порстюктишшй .

методы и средства зондирования ат.^еры, Анализ их технических возимхиостса и современного состоянии разв^ггяя наука и техника позволил утмркдзть» что для радмгая яндач роенной геофизики более других подходят беззондовие дистанционные способы зоцдяроания. Однако потолок соответстяумедх технических сродств в измерении температуры с требуемыми разрешением, периодичностью и точностью в настоящее время ограничен высотой около 4 км, а ветра - 1-1,5 км.

Я связи с этим возникла и обсуждается идол комши.ксировзнил беззондовых технических средств измерения с итоотельнима машинами, реализуэдама работу физико-статистических методов восстановления щюфиша метеорллогичоских величин.

Сердцевиной первого раздела является всвсюуюштй анализ физико-статистических методов шсстаиовлешы нарамотроп свободной атмос4еры. Предпочтение им перед динамическими » порву» очередь Дается в связи с требованиями автономности работы метеорологических комплексов, их малозаметности и минимальной зависимости от средств связи. Кроме того, интересы решении задач военной геофизики вполне удовл&тво1»штся при описании ограниченной локальной области. Это приводит к удаяьшеши требуемой емкости памяти ШВМ и пропускной способности каналов связи.

Минимизация исходного материала вынузда&т обратить внимание ла экспериментальные метода самоорганизации моделей. С процессо исследования было признано наиболее целесообразным использование для рошопня задачи восстановления вертикального распределения •гомпоратуры и ветра алгоритма метода группового учета аргументов < 1»ГУА ) в сочоташаи с оригинальным минимаксным подходом. Основное внимание уделено исследована» шдазздярошгапого метода группового учета аргументов ( ШГУД >, ого модернизации и оптимизации вычислительного.алгоритма,

Ьо втором разделе рассмотрена методика численного 1юсстановлоШП5т^-к1к параметров состояния троносфири ш» основе нетрадиционного физико-статистического подхода и обсухдиатса вопроси 'оценки качоства такого восстановления и создания специализированной информационной базы да ¡тих. Алгоритмы чпелошшх методов восстановления существенно зависят от структуры висотаых метеорологических- полей. Для учета их значительной щюстрзистаапной изменчивости нредваратлино била проводит обпи'.'гаииан классиДОкоивя свободной атмосферы

по компшссу "тим-н'-ритури - давлении - шлдлюсть ■ озен - штор"

( тдаов ).

В основу классификации бил положен метод оц&шгавиия корреляций одеоимошшх компонент на сфере. Вертикальные пробили метеорологических величин раапагались по естественным ортогональным функциям ( Е.О.Ф. ). Использовались результаты классификации, проведенной B.C. Комаровым и В.А. Ремвнсоном ( 1089 ). В процессе выполнения исследования подучено, что выявленные по результатам районирования кгззиодпородные районы по зональной и меридиональной составляющим скорости ветра существенно крупнее, чем определенные ранее по комплексу, не учитывавшему ветрових характеристик. По итогам классификации были также построена региональные модели вертикального распределения зональной и мерютоияльяой составляющих скорости ветра. В дальнейшем непосредственное восстановление профилей предлагается выполнять уж» с учетом осуществленного районирования, -что дзет везмо.чяоеть значительного расширения области д°йствия вычислительных алгоритмов.

Поскольку высотное распределение температуры а ветровых характеристик в тропосфере имеет сложный характер а зависит от целого ряда факторов: раНона нролвдениЭ, сезона, величал исследуемого атмосферного слоя, язросиноптических условна а т.п., то вариации отих величин можно считать случайными и описывать с помощью методов математической статистики.

Известно, что задача моделирования слоеного процесса по экспериментальным депзнм в условиях полной или частичной неопределенности сведений об объекте исследования в самом общем виде сводится к поиску некоторого критерия качества моделей (Ж ' на множестве моделей F:

t = arg min CR(i) le?

Для восстановления значений физических параметров на заданных высотах в текущий момент времени необходимо иметь ряд вертикальных профилей этих параметров , до высот« уровня восстановления, вклэтзащих данные няблвдонпа на всех используемых для построения матрицы уровнях, и хотя бы одно наблидепзое значение метеорологической величины в тэкупдай момент. При этом рекомендуется использована? равных временных прожзжутков кежду наблюдениями. Основное прогностячоское уравнение имеет вид:

В* Ь

где Н*- порядок запаздывания та времени;

А^ ^ У и 01''' * ,ВИ ь-1 ~ веизвестше парада три

модели;

е^ - пэвязка модели; К - число измерений;

Ь - уровень, на котором произведено наблвдешю;

совокупность наблэдэваых значений метеорологических величин на различных высотах в ыоыэнт времени Качество проводимого восстановления гарантируется неравенством, связывающим математическое озддание усреднения по всем реализациям ошбок наблюдений £ с минимаксной оценкой М+1* то есть математическое ожидание погрешности восстановления не додаю превосходить реального ( фактического ) значения среднвквадратаческого отклонения метеорологической величины.

®1в<*ь,м+1> - *ъ,,мГ < <ь#ни о» - Ь ♦ 1.....И*)

В данном разделе достаточно подробно рассматривается иэтодика решения задачи восстановления ( прогноза ) вертикальных профилей метеорологических величин с помощью алгоритмов ШГУА, ыетода многомерной экстраполяции ( ШЭ ) а метода оптимального 'восстановления ( НОВ ). Обосновываются наиболее приемлемые критерии оценки качества восстановления вертикальных профилей.

В процессе исследования осупдествлена модернизация ШГУА по следующим направлениям:

- выбор вида и состава предикторов в зависимости от сезона г фязвко-гоографяческах условий отдельных территорий Северного полушария;

- определение граничных условий применимости методики а интересах решения конкретных задач атмосферного мониторинга я военной геофизики; •

- разработка требований к виду, объему и форме представления выходной информация;

- оптимизация содержимого дружественного интерфейса пользователя в выработке рекомеадаций по формированию исходной информации;

- выбор оптимального варианте получения послойно осраднганых характеристик температуры и ветра для заданных слоев

тропосферы.

Здесь а® деется характеристика исходного ■ материала и рассматривается методология создания специализированной информационной базы данных. Для вычисления необходимых статистических параметров, характеризующих восстановление профилей метеорологических величин, и осуществления объективной классификации высотной структуры зональной и меридиональной составлящях скорости ветра использовались два массива радиозовдовых наблюдений.

Первый, предназначенный для решения задачи объективной классификации поля ветра, представлен данными наблвдепий за ветром на 42 станциях Северного полушария по двум центральным месяцам зимнего и летнего сезонов ( январь, ишь ) за Ш-летний период ( 1901 - 197Огг ).

Второй массив сформирован для изучения возможностей и эффективности физико-статистических методов непосредственно в задаче восстановления полей метеорологических величин в тропосфере. С целью проверки работоспособности методик в различных климатических регионах и в разные сезоны была отобрана информация о вертикальном распределении температуры и ветровых параметров на 3-х типичных станциях, входящих в существенно отличавшиеся друг от друга по своим характеристикам квазиоднородяне районы Северного полушария ( Кефлавик, Майами, Рим ). Использовались 15-летние ряда наблюдений, проводившихся 2 раза в сутки ( 00 и 12 часов по Гринвичу ), в январе и июле ( 1961 - 1975гг ).

В интересах обеспечения быстрого и удобного доступа к аэрологической информация, ее • систематизации, организации хранения и формирования наборов исходных данных для восстановления значений метеорологических величин разработана специализированная информационная база дашшх АЕКОвАБЕ,

использующая реляционную модель представления параметров.

Оценку кбчества восстеновЖния щхфиег цезюсообразно

осуществлять с использованием абсолютной и относительной стандартных погрешностей, а также вероятностей расхождения восстановленных значений с фактическими.

В третьем разделе приводятся результаты восстановления высотпых профилей метеорологических величин различными физико-статистическими методами, оценивается качество восстановления, оптимизируются вычислительные алгоритма, уточняются гртшчдао условия работы методов. "

Анализ результатов численных экспериментов по изобарической

сетке позволил выявить ряд особенностей, касаисдахся работы

вычислительного алгоритма, а именно:

- в случае наличия данных на всех уровнях для экстраполяции вертикальных профилей температуры и составляющих скорости ветра целесообразно использовать в слое 050-1000 гПа разности ( отклонения ) фактических значений от средних климатических величин, е выше - фактические данные;

- в случае наличия исходах данных только на уровне Земли и 050

• гПе, можно рекомендовать использование только отклонений во

всех слоях, где производится восстановление вышеуказанных метеорологических величин;

- исключений из рассмотрения даже одного какого-либо уровня, и в том числе уровня Земли, приводит к ухудаошт качества восстановления;

абсолютные среднеквадратические погрешности ошибки восстановления температуры в летний сезон существенно меньше, чем в зимний;

- реализация алгоритма ММГУА возможна прп условии, когда количиство столбцов матрицы превышает количество строк хотя бы на единицу (т.е. количество исходных профилей К долею бить на меньше Jct1, где 1с - число уровней, на которых имеются данные наблюдений в исходных профилях );

- для восстановления профиля метеорологической величина в момент времени t = К + 1 необходимо задать хотя бы одно ( рэперное ) значение этой величины в данный момент времени;

- для восстановления профилей температуры и составляющих скорости ветра с высокой степенью достоверности целесообразно использовать выборку, состояли из 7 - 9 профилей в нишей тропосфере и 12 - 15 в верхней тропосферо;

- для различных слоев атмосферы требуются разные значения числа лучших структур моделей го, а именно для уровней 300 - 400 гЛа м = 10, для 500 гПа го - 5, для уровней 700 - 850 rila m = 15;

- увеличение числа уровней внутри заданного слоя, в котором производилась наблюдения за тешературно-ветровым режимом, приводит к улучшению качества восстановления;

при восстановлении параметров на больших высотах целесообразнее использовать данные с периодом в 12 часов, а на малых - в 24 часа;

- ошибки восстановления по информации, полученной в срок 00 часов, меньше» чем в 12 часов.

t*

Наконец, важные вывода можно сформулировать слэдухщим образом:

- наименьшие значения относительной стандартной погрешности ошибок восстановления Oj, как правгло, соответствует? максимальным величинам климатических среднеквадратических отклонений Oj;

- модифицированный метод группового учета аргументов ( ШГУА > даат тзм лучшие результаты, чем более слабая корреляционная связь наблюдается между- значениями соответствунда метеорологических величин па различных поверхностях.

Очевидно это связано с тем, что критерии выбора наилучшей тдели ШГУА настроены на работу в области "ибдэуслотлетшх" моделей и позволяет отсеивать как "шум" в исходных данных существенные выбросы, оказывающие зачетное влияние на расчет коэффициентов корреляции даже посла осуществления статического контроля и контроля ошибок по заданным о.

Таким образом, ММГУА является эффективным методом численной оценка физических параметров состояния атмосферы, требуадам минимума исходной информации для их восстановления.

Сравнение результатов применения методики ШГУА и традиционных методов 1Ш и MOB в задаче восстановления профилей метеорологических величин показало преимущество ШГУА, особенно при ограниченных размерах исходной информации. Использование выбранных критериев качества восстановления значений метеорологических величин доказывает приемлемость а достаточную надежность алгоритма МйГУА.

Четвертый раздел работы посвящен исследовании прикладных аспектов использования ШГУА в задачах атмосферного мониторинга и военной геофизики. В нем такхв оцешпзавтся возможности комплексироввния данных инструментальных дабЛвдопий с результатами функционирования вычислительных алгоритмов, обосновывается возможность применения ладаров в качестве приборов для измерения параметров ветра.

Согласно проведенным оценкам наиболее целесообразно применять: в качестве измерителя температуры радиометр, в качестве измерителя параметров ветра - лидер, а в качестве вычислителя профилей - ПЭВМ типа ГВИ-ГС-ЖГ. Данная аппаратура невелика по массо-габаритным характеристикам и может быть смонтирована дагв па легковой машине или джипа, что существошш умеяъиает се уязвимость и обнарухиваемость.

СосрйменпаД уровень разработанности теория погрешностей я

Т2

комшюксирования данных измерений различными способами дает возможность успешно решать задачу получения информации, о температуре и ветре с требуемыми точностью и пространственно-временным разрешением. Подобная "склейка" широко применяется в различных отраслях науки и техники и для ее осуществления создан универсальный математический аппарат.

Для выполнения конкретных практических задач от абстрактных изобарических сеток с данными на уровнях основных изобарических поверхностей следует перейти к реальным геометрическим сеткам, нарезка которых обусловлена спецификой решаемых задач.

Кроме того, в интересах РВ и А, химических еойск, бомбардировочной и военно-транспортной авиации более важно не вычисление самих параметров на определенных конкретных высотах, а получввио их осредненшх по слоям значений. В связи с этим были осуществлены интерполяция данных наблюдений на "артиллерийскую сотку" геометрических высот и осреднение их значений по слоям, заданным в балле тот " Метео-П ".

В процессе исследования установлено, что:

- температура по учащенной сетке восстанавливается насколько лучке, чем ветровые характеристики;

- применение сетхи с большим разрешением позволяет уточнять минимальный объем требуемой для восстановления с заданной точностью информации;

- использование усовершенствованного алгоритма ШГУА дает возможность существенного улучшения качества восстановления таких параметров, как температура и составляйте скорости ветра во всей толще тропосферы с использованием при атом данных наблвдепий только в нижнем двухкилометровом слое или даже только у поверхности земли;

- дяя контроля качества восстановления с равнозначным эффектом могло применить такие критерии, как относительная погрешность средний ошибки восстановления и относительная погрешность сроднэквадратического отклонения восстановленных значений от данных рядаозондовдх наблюдений метеорологической величины.

Поскольку одной из вазшэйшх проблем для осуществления кшзлексмроваяия данных наблюдений является приведение к общему онзаенэтелю их гогреиностей, то значительное внимание 'было уделено сравнению ошибок и статистической оценки точности яидарш/х най/дадоний с радиозоадошми. Для этого использовались систематические измзряаия ветрового лндара и проведенные с ними силхронно радеозоядовна наблвдоиая за вотром. За премл натурных

экспериментов в мае - июне 1990 р. было осуществлено около 40 навладения за профилем ветра в. слое 200 - 1200 м. .

Процедура статистической оценки точности лидарных наблвдений за ветром осуществлялась лв основе двух методических подходов. Первый из них заключался в расчете по исходным данным отклонений зональной и меридиональной составляющих скорости ветра, определенных с помощью ветрового лидера, от радлозондовых. После этого по отклонениям вычисляла среднюю погрешность лидарного зондирования га^ и среднеквадратическую погрешность .

При втором подходе производилась статистическая оценка значимости расхождения средних значений и дисперсий параметров ветра, полученных по двум отдельным выборкам ( лидарной и радиозондовой ) с помощью критерия ts, использующего известное распределение Стьвдента. Для оценки значимости или случайности расхождения дисперсий, рассчитанных по данным ветрового лидара а радиозондирования, использовался критерий Тн, пороговое значение которого определяется при уровне значимости q = 0,05 с помощью специальных таблиц.

Анализ полученных результатов позволяет сделать два ватных вывода:

- данные ветрового лидара обладают определенной систематической погрешностью, которая незначительна по своей величине на нижних уровнях ( 0,3 и 0,5 км ) и существенно больше на выев расположенных уровнях;

- данные ветрового лидара могут непосредственно ( без коррекции ) использоваться в исследованиях ветрового режима пограничного слоя атмосферы до высоты 1-1,5 км.

Таким образом, ветровой лидер вполне пригоден для эксплуатации в оперативной практике в составе предлагаемого к разработке измерительно-вычислительного автономного мобильного метеорологического комплекса.

В заключении формулируются основные результаты проведенного исследования:

1. Создана специализированная информационная база аэрологических данных "AEROBASE" , разработаны процедура и соответствующее программное обеспечение для формирования массивов исходах данных, статистической обработки и представления в удобном аья потребителя ввде аэрологической информации.

2. Проведены числонные эксперименты но оптимизации аягорлтаа

1£ХГ?/Л. применительно к задаче восстаношюяия прсфилей температуры н ветра я тропосфере.

3. Осудаствлена оценка точности я эффективности реиення задачи восстановления профилей температурили ветра с помощь?) .'¿¿ГУЛ.

4. Прзпиденч численные эксперименты ш прнмштшш алгоритма ШЛ'УЛ для решения ряда прикладных задач в рамках проблем атмосферного мошггорилга и военной гесфгслки.

5. Ькллчение питра в комплекс "температура - давлешю влажность - озон" ни приводит к необходимости уточнения границ ранее ¡«деленных кпязиодгюродных районов.

С. Целесообразно и техшгсосгл осуществило создание автономного комплекса аппаратуры в составе беззондовых средств измерения температуря и гетра и вычислительной мзиины в интеросах' получения информация об их вертикальном распределении. 7. Радлозоздировочные комплексы во поддпзтея радикальной модернизации. , что приводит .к необходи?«сти разработки специальных численных алгоритмов получения информации о вертикальном распределении температуры и ветра с использованием нетрадиционных подходов.

3. цредг.ожшы рекомендации по использованию алгоритма .'ЛЮТА в ошэрзтивдей практике.

Гизряботяш схема и алгоритмы комплексного решения задачи восстановления парадатрог атмосферы на основе данных дистанционного ( в том числе ладариого ) зоадироватш в нижнем слое к получения результатов прогноза этих параметров на выае рясполотпнах уровнях с помэ!ЦЬП алгоритмов 1ИГУА,

Основные результаты исследования опубликованы в работах: 1'. К вопросу о физическом моделирования мезомэтоорологаческих образований в шшшм слое атмосфоры. Труди ШГУО. - 1985. -вып.22. - с. 67 - 75.

2. Некоторые юзмоглости уточнения сдвига ветра в пеконвективных мезоооразовзниях в шпшеы 500-метровом слое атмосферы. Труда МосЦГШ. - 1000. - ВЫП.X. - с. СО - 95.

3. К вопросу о типизация могомасатабяых процессов и моделирования шзояеодггородностей. Труда МосЦП1С.-1ЭОЭ.-ЙШ1.3,- с. 178 - 105.

4. Типизация вертикального распределения штеореличин в нижней части погрлш;-;;гзго слон атмосферы в интересах датоообеспеч&нпя полетов на малых и предельно малых высотах

( совместно с Л.М. Цэдлштовш ). ' Тез. докл. III нгутаэ-тьхнэтоской конференции Воронежского .ШЗЛИУ "Проблема

Т5

повшпенпл эффективности метеорологического,

аэродрошо-твхнического и инженерно-аэродромного обеспечения авиации ВС-Воронех:1992-сЯ1.

Б. Проблемы объективно!! классификации и восстановления профилей ветра п температуры свободной атмосферы в интересах метеообэспечения полетов в стратосфере ( совместно с B.C. Комарошм ). Тез. докл. III нвучно-тсхшиес.юй конференция Воронежского ВЗАИУ "Проблемы повышения эффективности метеорологического, азродромно-техянчосксго и

инженерно-аэродромного обеспечения авиации ВС. - Воронеж: 1002. - с. 32 - 33.

6. Применение физико-статистических методов восстановления высотной структуры я ветра свободной атмосферы в задачах лидарного атмосферного мониторинге ( совместно с В.С.Комаровым ). Труды XI Сишознума со лазерному а акустическому зондированию атмосферы.' г.Томск, 24-26.06.1902. - Томск: 1993. - с. 65 - 70.

7. Некоторые аспекты методического обеспечения восстановления вертикальной структуры профилей температуры и ветра

( совместно с B.C. Комаровым и A.B. Крэминским ). Тез. докл. научно-технической конференции ВИККА им. А.Ф. Можайского "Проблемы военной геофизики и контроля состояния природной среда. 15 - IG декабря 1992 г". - СП.: изд. ВИККА им. А.Ф. Можайского, 1993. - с. ПО - III.

8. Модифицированный метод грунтового учета аргументов - как эффектный мэтод статистического оценивания характеристик свободной атмосферы по данным лидарных измерений на нижележащих уровнях ( совместно с B.C. Комаровым и A.B. Кремнвсгш! ). Тез. докл. XII Межреспубликанского симпозиума по распространению лазерного излучения в атмосфере и водных средах. - Томск: 1993. - с. 175 - 177.

9- ; Модифицированный метод группового учета аргументов - как ' эффективный иетод статистического оценивания характеристик свободной атмосферы в условиях инюрмащюнной неопределенности ( совместно с B.C. Комаровым и A.B. Яреминским ). Оптика атмосфера. - 1994. - N2

Тб

1С. О вероятности использования ветрового лздарного зондирования в задачах климато-экалогяческого мониторинга ограниченных территорий ( совместно с B.C. Комаровым, A.B. Креминским я Г.Г. Матвиенко ). Оптика атмосферы. - 1994. - N2 -11. Опыт применения алгоритмов МГУ А. в задачах продвычисления характеристик среднего ветра - основного параметра, определяющего пространственное распространение атмосферных загрязнений ( совместно с B.C. Комаровым и A.B. Креминским). Оптика атмосфера. - 1994. -52 яг

АКСЕЛЕШ ШТАЛИЙ ИОСИФОВИЧ. ' АВТОРЕФЕРАТ.

Подписано в печать 18.04.94.Формат 60x84 1/1б.Б.пясчея. П.л.1,0. Б.л.С.5. Зак.207. РТП СП6У31'.

Издательство Санкт-Петербургского университета экономики и финансов.

I91023,Санкт-Петербург,Садовая ул.,21.