Метод идентификации конвективных ячеек и результаты его применения для исследования градовых процессов

Жарашуев, Мурат Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Метод идентификации конвективных ячеек и результаты его применения для исследования градовых процессов
ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Метод идентификации конвективных ячеек и результаты его применения для исследования градовых процессов"

На

шеи

Жарашуев Мурат Владимирович

МЕТОД ИДЕНТИФИКАЦИИ КОНВЕКТИВНЫХ ЯЧЕЕК И РЕЗУЛЬТАТЫ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРАДОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 25.00.30 - Метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нальчик-2010

004606109

Работа выполнена в ГУ «Высокогорный Геофизический Институт» Росгидромета

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Лауреат Государственных премий СССР, РФ и КБР, Заслуженный деятель науки РФ и КЧР Абшаев Магомет Тахирович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Ведущая организация: Государственное учреждение «Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова»

Защита состоится «25»июня 2010 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 327.001.01 при ГУ «Высокогорный геофизический институт» Росгидромета по адресу: 360030, КБР, г. Нальчик, пр. Ленина, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Высокогорного геофизического института по адресу: 360030, г. Нальчик, пр. Ленина, 2.

Автореферат разослан « 25» мая 2010 года.

Закинян Роберт Гургенович

кандидат физико-математических наук, Зашакуев Тимур Зулкарнеевич

Ученый секретарь диссертацион» доктор физико-математических н профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Радиолокационная информация успешно используется для краткосрочных и сверхкраткосрочных прогнозов погоды, штормооповещения, обеспечения безопасности авиационного, морского и дорожного движения, для гидрологических прогнозов и оповещения о паводках ливневого происхождения, в работах по модификации погоды с целью предотвращения града, искусственного увеличения осадков, улучшения погодных условий над мегаполисами и т.д.

Во многих странах созданы радиолокационные метеорологические сета, круглосуточно обеспечивающие информацией о фактической погоде различных потребителей. Эффективность радиолокационных метеорологических сетей определяется надежностью применяемых критериев и алгоритмов распознавания явлений погоды. Одной из важных проблем, не до конца решенных в существующих системах обработки радиолокационной информации, является проблема идентификации конвективных ячеек (КЯ), с которыми связаны опасные явления погоды (град, гроза, торнадо, осадки катастрофической интенсивности и т.д.).

Кучево-дождевые облачные системы обычно состоят из множества КЯ, имеющих различную пространственную структуру, непрерывно изменяющуюся во времени, перемещающихся в разных направлениях с разной скоростью. Метеообеспечение авиации, штормовое оповещение населенных пунктов, активные воздействия на облачные системы с цепью предотвращения градобитий и искусственного увеличения осадков, требуют решения проблемы надежной локализации КЯ в облачной системе, оценки степени грозо- и градоопасности каждой КЯ, возможности формирования ливневых паводков, определения направления и скорости их перемещения.

В автоматизированных метеорологических радиолокационных комплексах (АМРК) «Метеоячейка», «АКСОПРИ», АСУ «Антиград», «Мерком» и «АСУ-МРЛ», используемых в России и странах СНГ, идентификация КЯ в облачной системе обычно осуществляется вручную, что не позволяет автоматизировать ряд противоградовых операций, включая выделение и распознавание градовых и грозовых КЯ и контроль эволюции их параметров при естественном развитии и активном воздействии. Это снижает надежность метеообеспечения авиации и оперативность операций по активному воздействию на облака, что не допустимо при воздействии на быстротечные градовые процессы и обуславливает зависимость процесса воздействия от субъективного фактора.

Решение проблемы автоматической идентификации конвективных ячеек является одним из важных этапов полной автоматизации противоградовых операций и распознавания опасных явлений погоды для метеообеспечения авиации.

Целью настоящей работы является разработка, испытание и внедрение в оперативную практику противоградовой защиты и штормооповещения методики, алгоритмов и программ автоматической идентификации КЯ, измерения их координат, комплекса параметров, получения временного хода параметров, тенденции развития, распознавания явлений погоды и сверхкраткосрочного прогноза развития и направления перемещения.

Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:

1. Разработаны новые методы, алгоритмы и программы автоматизации, реализованные в автоматизированной системе обработки радиолокационной информации «АСУ-МРЛ» и обеспечивающие:

- идентификацию КЯ, их локализацию, измерение координат и комплекса одномерных, двумерных и трехмерных параметров;

- построение графиков временного хода параметров;

- определение тенденции развития, направления и скорости перемещения КЯ;

- распознавание явлений погоды в каждой КЯ и категорий объектов воздействия для целей активного воздействия на градовые процессы.

2. На основе использования созданной системы обработки информации проведены обширные статистические исследования градовых процессов Северного Кавказа и Крымской области Украины, в результате которых установлены:

- повторяемость градовых и ливневых осадков различной интенсивности;

- закономерности многолетнего, годового и суточного хода повторяемости слабых, средних и мощных градовых ячеек;

- повторяемость опасных для полетов авиации уровней отражаемости на различных высотах и др.

3. Разработан новый программно-технический комплекс автоматической подготовки, кодирования в код РМ-94 ВиРЯ и передачи пакетов информации в Северо-Кавказскую радиолокационную сеть штормооповещения и метеообеспечения авиации, содержащих в соответствии с регламентом ВМО и приказом Росгидромета от 21.06.2004 № 95 карты явлений погоды, горизонтальные сечения на 11 уровнях высоты, мгновенную интенсивность и количество осадков за каждые 1, 3, 6, 12 и 24 часов, направление, скорость перемещения и тенденцию развития облаков.

4. Разработан метод инерциального краткосрочного прогноза местоположения явлений погоды по данным о их местоположении, направлении и скорости перемещения в момент обзора.

5. Впервые создана система оперативной передачи больших пакетов радиолокационной информации по спутниковой системе связи

\ZSAT, включая передачу объемных файлов обзора, пакетов информации в коде РМ-94 ВиРИ в территориальные Гидрометцентры и радиолокационную сеть штормооповещения Северного Кавказа.

6. Разработаны предложения по оптимизации цикла обзора и использования радиолокационной информации для целей штормооповещения.

7. Разработаны рекомендации по оптимизации оценки эффективности воздействия на облачные процессы на основе применения разработанного метода автоматической идентификации облачных ячеек и получения графиков временного хода параметров каждой ячейки.

Научная новизна полученных результатов:

1. Впервые разработан и реализован новый метод идентификации КЯ, позволяющий обеспечить автоматизацию измерения их параметров и построения графиков временного хода, оценки тенденции развития, градо-и грозоопасности, распознавания категорий ОВ и т.д.

2. Получены новые статистические данные о повторяемости градовых и ливневых КЯ разной интенсивности, многолетнем, годовом и суточном ходе градовой активности Северного Кавказа и Крымской области Украины. Выявлены региональные особенности в соотношении числа градовых ячеек разной интенсивности и временного хода градовой активности.

3. Получены новые детальные данные о повторяемости опасных для полетов авиации уровней отражаемости на различных высотах.

4. Создан новый программно-технический комплекс автоматической подготовки, кодирования в код РМ-94 виРЯ и передачи пакетов информации в сеть штормооповещения, функционирующий без участия персонала.

5. Разработаны новые рекомендации по оптимизации оценки эффективности воздействия на облачные процессы на основе применения разработанного метода автоматической идентификации облачных ячеек и получения графиков временного хода параметров каждой ячейки.

Научная и практическая значимость результатов:

1. Разработанный метод и алгоритмы автоматической идентификации КЯ в облачных системах, измерения их параметров, построения графиков временного хода параметров и определения тенденции развития обеспечивает распознавание грозовых и градовых очагов, звуковое оповещение о них может обеспечить повышение оперативности и точности обнаружения опасных явлений погоды, выделения объектов воздействия, автоматизацию контроля физической эффективности засева облаков, что способствует повышению эффективности противоградовой защиты, штормооповещения и метеообеспечения авиации.

2. Метод и алгоритмы идентификации КЯ внедрены в автоматизированную систему «АСУ-МРЛ», применяются для научных исследований градовых процессов и обеспечивают повышение эффективности радиолокационных исследований облаков и возможность создания информационного банка данных об эволюции КЯ для сравнения с данными теоретического моделирования.

3. Новый программно-технический комплекс автоматической подготовки, кодирования в код РМ-94 вияя и передачи пакетов информации в сеть штормооповещения применяется для метеобеспечения авиации в международных аэропортов «Гумрак» (г. Волгоград) и «Звартноц» (г. Ереван),

4. Детальные данные о многолетней, годовой и суточной повторяемости градовых и ливневых КЯ различной интенсивности представляют интерес для развития климатологии града и могут быть использованы в практике противоградовых служб.

5. Данные о повторяемости с высотой опасных уровней отражаемости могут быть использованы для уточнения степени опасности полетов авиации на разных эшелонах в сложных метеорологических условиях.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод идентификации КЯ, измерения их характеристик, построения графиков временного хода, определения тенденции их развития, направления и скорости перемещения, алгоритмы и программное обеспечение по его реализации.

2. Результаты многолетних статистических исследований годового, месячного и суточного хода градовой активности выбранных регионов на основе применения разработанного метода идентификации КЯ.

3. Результаты анализа соотношения повторяемости ливневых и градовых КЯ.

4. Результаты исследований повторяемости градовых КЯ разной интенсивности (со слабым, умеренным и сильным градом).

5. Результаты анализа распределения значений радиолокационной отражаемости по высотам.

6. Алгоритмы и комплекс программ распознавания явлений погоды, подготовки, кодирования и передачи информации в сеть штормооповещения с применением автоматической идентификации КЯ.

Личный вклад автора:

Постановка задачи выполнена научным руководителем. Программно-технический комплекс штормооповещения и метеобеспечения авиации «АСУ-МРЛ» создан совместно с научным руководителем и группой авторов автоматизированной радиолокационной системы. Методики, алгоритмы и программы идентификации конвективных ячеек, измерения их параметров, получения временного хода и тенденции развития, а также

основные результаты статистических исследований градовых процессов, приведенные в работе, выполнены автором.

Апробация работы:

Основные результаты диссертации докладывались на:

- на 9-й международной научной конференции ВМО по модификации погоды (г. Анталия, 2006 г.);

- на научно-практической конференции, посвященной 40-летию начала производствен-ных работ по защите сельхозкультур от градобитий (г. Нальчик, 2007 г.)

- Всероссийской конференции по физике облаков и АВ на гидрометеорологические процессы (г. Санкг Петербург, 2008 г.);

- на конференции молодых ученых Кабардино-балкарского научного центра РАН (г. Нальчик, 2008 г.);

Автоматизированная система «АСУ-МРЛ» испытана и внедрена в ряде регионов, по которым создана обширная база данных по эволюции облаков и облачных систем.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 12 научных работ и получено одно положительное решение на выдачу патента РФ.

Объем и структура диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы. Содержит 139 страниц, 51 рисунок, 4 таблицы, приложение и список использованной литературы из 115 наименований.

Содержание диссертации.

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

В первой главе анализируется состояние проблемы обработки радиолокационной информации и возможности существующих радиолокационных метеорологических сетей, рассматривается ячейковая структура конвективных облачных систем. Показаны существенные различия в их ячейковой структуре, местах зарождения «новых» и диссипации «старых» КЯ и обоснование важности идентификации КЯ.

Вторая глава посвящена постановке и решению задачи идентификации КЯ. В ней приводятся методики и алгоритмы автоматической идентификации КЯ, измерения их параметров, построения графиков временного хода, определения направления и скорости перемещения КЯ, оценки грозо- и градоопасности КЯ, получения карты явлений погоды с автоматическим выделением КЯ. Приводятся примеры идентификации КЯ разного масштаба в разных облачных системах.

Методика идентификация КЯ

КЯ в облачной системе выделяется как поле радиоэха, ограниченное замкнутыми изолиниями радиолокационной отражаемости (Z, dBZ) и имеющее одну конвективную вершину (например, как гора, ограниченная замкнутыми изолиниями высот и

имеющая свою вершину). Но в отличие от горы у облачной КЯ изменяются во времени число изолиний 1, высота, поперечные размеры, площади горизонтальных сечений, объем, пространственная конфигурация, водосодержание и вид образующихся осадков.

Задача распознавания КЯ по существу является задачей распознавания образов, которая решается по данным объемного файла радиолокационного обзора пространства.

Предлагаемый метод идентификации КЯ в облачной системе включает следующую последовательность операций:

-выделение в поле радиоэха облачности точек, ограничивающих замкнутые изолинии радиолокационной отражаемости 2,

- упорядочивание полученных точек и получение составных частей изолиний 2,

- объединение составных частей в замкнутые изолинии 2,

- выделение в поле радиоэха вершин, ограниченных замкнутыми изолиниями 2,

- идентификацию КЯ и их нумерацию в пространстве в хронологическом порядке зарождения;

- измерение комплекса одно-, двух- и трехмерных параметров каждой КЯ;

- построение графиков временного хода комплекса параметров

КЯ;

- расчет направления и скорости перемещения КЯ;

- оценку степени грозо- и градоопасности КЯ, распознавание категорий ОВ;

- документирование таблиц параметров КЯ и графиков их временного хода.

Решение поставленной задачи осуществляется путем обработки трехмерных полей радиолокационных сигналов, получаемых с помощью АМРК «АСУ-МРЛ», программное обеспечение которого позволяет получить с цикличностью 3,5 мин объемный файл обзора, содержащий осредненные и оцифрованные радиолокационные сигналы в 360 секторах азимута (с шагом 1 градус), 400 каналах дальности (с шагом 0,5 км) и 18 (или 24) углах обзора (с переменным шагом), а также полярные координаты этих сигналов (азимут, угол возвышения, дальность).

Радиолокатор работает на двух каналах (Л1 = 3,2 и 10 см), радиолокационная отражаемость 2 на которых рассчитывается по формулам:

2з,2Л =11 5,3+Л/З,2„ +ДЛ/з,2ав* +2/ся+ 2 + + ка)А/? + 2013Я" '10 '^Сад (¡Вг, (1)

1ш =135,7 + Ыт + АЛ/(0авк+2/ся + 2^(кг +кос + ка)М + 201дИ„ -101дС10, сШг, (2)

1=1

где 2з,гп и 2т - радиолокационная отражаемость на длинах волн 3,2 и 10 см (с1Вг); Л/з,2п и Ыюп - мощность радиоэха (с1В) на длинах волн 3,2 и 10 см, соответственно; ЛЛЬ,2зда и АИюавк - поправки на мощности

радиоэха на изменение потенциала МРЛ по данным автокалибровки (с!В); кр. - ослабление в ветрозащитном укрытии антенны (с1В), рассчитываемый по формуле:

kR = 0,042J+0,74 (3)

кг - коэффициенты ослабления (сШ/км) в газах атмосферы, рассчитываемое по формулам:

(V «V -г- м

- для X = 3,2см:, 1>722

0,4+3,45е

1.8

для Я. = 10 см: г. _

"юг ~

0,4 + 3,45е '-8

| _е~Л/[27,8+154е ' ]

V -г-

^-«/[27,8+154с "] v

.-(4)

(5)

ко и кос ~~ коэффициенты ослабления (с1В/км) в газах атмосферы, облаках и осадках, соответственно, рассчитываемые по формулам:

к3,гп = 10оое2гз'гп-дБ/км; (6)

*з,2п=1О°'063210п-3'32 дБ/км; (7)

10/дСз,ги Ю1дСю~ константы 3,2 и 10 см каналов МРЛ. Все пространство радиолокационного обзора разбивается на объемы по 500x500x500 м3 и, используя метод линейной аппроксимации, рассчитываются значения 2 во всех точках пространства с координатами х, у, г. Область радиолокационного обзора можно представить как набор горизонтальных сечений - матрицей 800x800 через каждые 500 м высоты над уровнем расположения МРЛ. Для построения горизонтальных сечений осуществляется расчет отражаемости в каждой точке площади обзора на заданной высоте т.

- перебор всех точек пространства и нахождение их азимута Аг, расстояния от МРЛ и угла возвышения а, относящихся к заданной высоте по выражениям:

Аг = агс(д—, х

(8)

*У

хуг \ ху

- по найденным значениям а, Аг и для каждой точки пространства находяится 8 ближайших точек из цикла радиолокационного обзора (ближе, дальше, слева, справа, сверху и снизу):

(«„Аг.ДД^.А^ДД

(а1,А22Д,),(а1,Аг2,Я2)> 1 '

(а^А^ДД^.А^Дз), (а2,Аг2Д,),(а2,Аг2Д2),. далее осуществляется преобразование сферических координат этих точек в декартовы:

2,=11,*5т((}1), (10)

дг, = К, * сс«(С) 1) * со5(Аг,), у, = Я, * СО5(01) * в^Аг,), Затем определяется расстояние до рассматриваемой точки:

г^-хр+^-ур+Ь-г? . . (И)

И на основе линейной интерполяции рассчитывается отражаемость в заданной точке с учетом вклада ближайших точек в значение 2 в зависимости от удаления:

»1 +'2

Эта процедура осуществляется для каждой точки пространства, в результате чего получается набор данных, соответствующих 40 горизонтальным сечениям, следующим через каждые 500 м высоты.

Для реализации предлагаемого метода идентификации КЯ осуществляется:

- формирование трехмерной матрицы данных об отражаемости 2 во всех точках виртуального пространства х, у, г размером 400x400x20 км, содержащей горизонтальные сечения на 40 уровнях высот;

- построение карты максимальной отражаемости;

- последовательного сканирования точек виртуального пространства по х, у с шагом 0,5 км с целью выделения границ КЯ (западной, восточной), определяемых по заданным порогам изолиний 2.

Получаемая при этом последовательность координат х, у представляет собой пары точек начала и конца изолинии 2 в каждой строке матрицы данных (см. рис. 1). Хотя в одной строке пары точек одной КЯ могут быть перемешаны с парами точек другой КЯ, составные части каждой КЯ восстанавливаются следующим образом:

а) рассматриваются полученные при переборе первые две точки, соответствующие южному краю первого подмножества, множества точек КЯ № 1, имеющие координаты Х31, Х31, хвь *В1, где индексы «3» и

«В» означают западную и восточную границы КЯ, соответственно. При этом значение уз1 всегда равно уви

б) следующие две точки проверяются на принадлежность к контуру множества КЯ № 1. Если при уз1 — 1 = узг, Х31 < хзг< или хз1< хвг < Хв1 или же хз 1>хв1 и хзг>хвг, то получаем следующие две точки первого контура КЯ. Если это условие не выполняется, то имеем дело либо с концом подмножества, либо с новым подмножеством точек КЯ №1. Таким образом, можно получить множества пар точек составляющих подмножество множества точек КЯ, в последовательности с юга на север и с запада на восток. ; „ . л) *) '_

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 I 1 I I 0 0 0 0

0 1 1 1 2 1 1 1 0 0

0 1 1 2 2 2 1 1 1 0

0 1 2 3 3 2 2 1 1 0

0 0 2 3 3 3 2 1 1 0

0 0 1 2 3 3 2 1 1 0

0 0 1 1 2 2 2 1 0 0

0 0 0 1 1 1 1 1 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 2 ж 2, 0 0 0 0

0 0 2 1 2 2 1 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 сЛ 4 0 0 0

0 0 0 0 ^ 2 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 С 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 1 1 0 0 0 0

Ч.

0 1 0 0

0 { 0

1 +

0 1 1 0

0 4 1 0

т 1

0 0 1 1 ? 0

0 0 I 1 0 0

0 0 4 1 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 3 3 0 0 0 0 0

0 0 0 3 т. 3 0 0 0 0

0 0 0 0 3 3 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Рис 1. Этапы выделения первого, второго и третьего контуров конвективных ячеек.

На следующем этапе необходимо упорядочить точки, ограничивающие полученные множества пар точек, так как на первом этапе получена не последовательность точек, а набор пар точек. Зная количество пар точек, входящих в подмножество, можно их разделить на западные и восточные границы подмножества и расставить по порядку. В результате этого выделяется контур подмножества.

Для объединения подмножеств в единое множество необходимо сравнить северные и южные пары точек всех подмножеств со всеми параллельными точками текущего подмножества на предмет принадлежности пар точек одного подмножества другому подмножеству одной и той же КЯ и объединить каждый контур сплошными линиями, имеющими цвет в соответствии с принятой палитрой цветов отображения полей отражаемости 1.

Нумерация КЯ: После выделения КЯ им присваиваются номера, начиная с № 1 каждые сутки. При обнаружении многоячейковой облачной системы в первом цикле радиолокационного обзора нумерация КЯ осуществляется с запада на восток с севера на юг (т.е. № 1 присваивается самой северо-западной КЯ, а последний номер присваивается КЯ, расположенной юго-восточнее всех). В последующих циклах обзора номера присваиваются в хронологическом порядке обнаружения КЯ (см. рис. 2). Номера присваиваются КЯ, площадь горизонтального сечения которых превышает пороговую (например, более 10 км2).

Радарный центр: RUST

Карта максимальной отражаемости

Date 04.09.2008 Time: 14-34-04

■ dBZ

Рис. 2.Карта максимальной отражаемости с идентификацией и нумерацией КЯ.

При разделении КЯ на две номер материнской КЯ сохраняется за той, к которой ближе центр масс, а второй КЯ присваивается следующий в хронологическом порядке номер.

Определение направление и скорость перемещения КЯ

осуществляется по перемещению координат центра масс, рассчитываемых для каждой КЯ с учетом пространственного распределения их полей отражаемости по формулам:

£(*,-*,) ЕС*,-У,) (13)

X = р'еС" V = р*с"

« Е*, ' 5>, '

где хп,( и ул,( - координаты центра масс п-й КЯ в момент времени Ь х, и у, - координаты множества точек, принадлежащих л-й КЯ.

Скорость и направление перемещения центра масс каждой ячейки между циклами обзоров вычисляется по формулам:

у -Ьи> (14)

Ап, = агс1д - ~ ■ (15)

X — X

где \/п,( и Ап,1 ~ скорость и направление перемещения центра масс КЯ, соответственно; Д( - временной интервал между циклами обзора равный 3 мин; /_а( - смещение центра масс КЯ за время между двумя последовательными циклами обзора, рассчитанное по формуле:

Ln,t = л/(Хп,(-Хл,м)2+(Уп,»-Уп,м)2 "

(16)

Измерение параметров КЯ: После решения задачи выделения КЯ решается задача автоматического измерения их параметров. В существующих автоматизированных радиолокационных системах для измерения параметров ячейки нужно вручную локализовать КЯ (выделить ее в рамку), в пределах которой далее автоматически рассчитываются параметры КЯ путем сканирования всех точек пространства от уровня стояния радиолокатора до высоты 20 км над уровнем моря.

Измерения параметров КЯ и построение графиков временного хода их параметров осуществляется автоматически путем сохранения вместе с нумерацией КЯ координат центра масс, площади КЯ и таблицы параметров всех КЯ в радиусе обзора (200 км).

Автоматическое выделение КЯ исключает необходимость ручной локализации КЯ и дает координаты проекции КЯ на горизонтальную плоскость, по которым сканируется требуемая область пространства и измеряется около 100 одномерных, двумерных и трехмерных

параметров каждой КЯ, которые записываются в накапливаемую за весь период наблюдений таблицу параметров.

с) Временной ход скорости (Ум г и Уср в м/с) и направления перемещения облака (Агмг и Агср в градусах}

— V»

а) Временной ход радиолокационной отражаемости гтпах

авг

Ь) Временной ход площади эрадиоэха. Эдождя и Эграда

Рис. 3. Графики временного хода одномерных, двумерных и трехмерных параметров КЯ № 1 градового процесса, наблюдавшегося в Краснодарском и Ставропольском краях 30.08.2008 г.

е) Временной ход объема всего облака (V} и облачного слоя выше 0°С (¿V } в Цт*. ограниченных I> 15.25.35... ЙВ2

¿V.

1) Временной ход интегральной водности облака [ М) и облачного слоя выше изотермы 0°С (А/И) в тоннах

А/И.

Обнаружение новых КЯ

Комплексный анализ полей радиоэха позволяет своевременно обнаружить зарождение новых КЯ. Если при анализе точек, входящих в КЯ,

обнаружено увеличение площади поля радиоэха, то осуществляется проверка его на предмет существования в таблице параметров. Если в таблице существует КЯ с центром масс на расстоянии меньшем, чем поперечные размеры радиоэха КЯ, то считается, что КЯ существовала, но переместилась. В случае зарождения нового пространственно изолированного радиоэха или замкнутых контуров в поле радиоэха существующих К Я и их центр масс не соответствует по расстоянию центру масс ни одной ранее зафиксированной КЯ, то считается, что произошло зарождение новой КЯ, и ей присваивается очередной номер.

Распознавание вида осадков, явлений погоды, включая оценку степени грозо- и градоопасности КЯ, проводится существующими методами по критериальным значениям комплекса параметров, включая: радиолокационную отражаемость на высоте Н = 1 км ^ (с!Вг); на высоте изотермы 0°С {1г)\ и на высоте Но +2,5 км {1ъ)\ АНтр = Нв - Нтр - превышение высоты верхней границы облака Нв над уровнем тропопаузы НТр и комплексный критерий грозовой опасности ГГО им. А.И. Воейкова (У = 0,МЧВ23).

Метеожл

С-А й Слоист

Град ело

Мегеояелвние Град УМ»

Шгвап (м/с) 75

ДНМ (КМ) 9.2

ДН«5 (КМ) 7.9

АН« (КМ) 6.7

АН» (КМ) <.|

не (км) 16.5

Зрмиомо 308

Э*,,«* (*и2) 233

Эф,, (КМ2) 99

VI, (КМ3) «.МО*

АУ($ (км3) 3,2-103

ЛУ«8 (КМ3) 668

Д^м (км3) 359

ДУм (км3) 59

М|5 (ТОН) 2.910е

ДМ,5 (ТОН) 210е

ДМй (тон) 2 10*

ДМм (тон) 1.810е

дм* (тон) 1.5-10®

ДМ» (тон) 1 10е

ДМбв (тон) 2.8108

Цт («Г/М 2) 1- 41

ДЧо^п («Г^ 2) 31,5

Аз-226' гм-0/70с!Вг Нв-0/16.5 к/

<#■«5-0/5.9 км У11_-0/35.9 кт/н2

Казаков Е Ю ДАТА И ВРЕМЯ ОБЗОРА УЛ*М Соо«1.Т»е (ВСВ) 15:28:33 30.08 Компьютерное время 13:28:33 30.08 ТЕНДЕНЦИЯ РА38ИТИЯ ОБЛАЧНОСТИ Тенаенция Не определено

Общее вояосаяер. Не определено СМЕЩЕНИЕ ОБЛАЧНОСТИ Направление 68 • Скорость 47««/« ЗОНЫ ОПАСНЫХ ЯВЛЕНИЙ (0Я) ¡5 Автоматически расчитывать зом* 0Я

Рис.4. Карта явлений погоды с нумерацией К Я, таблицей основных параметров КЯ и оценкой грозо- и градоопасности КЯ № 1 в 1928 30.08.2008 г.

На рис. 4 представлен пример карты явления погоды с нумерацией КЯ, указанием направления и скорости перемещения, получаемой сразу по окончании циклов радиолокационного обзора пространства, следующих через каждые 3,5 мин. Справа от цветного изображения КЯ №№ 1 - 4 показана таблица основных параметров КЯ № 1 с автоматическим распознаванием степени градоопасности (категории ОВ), вида явлений погоды (град умеренный). Справа от таблицы параметров автоматически отображается штормовая таблица с указанием вида явлений (гроза, град) и их координат, служащая для метеообеспечения авиации. Над штормовой таблицей показан вертикальный разрез КЯ1.

Анализ рис. 4 показывает, что предлагаемый метод и алгоритмы позволяют реализовать комплексную оценку метеорологической обстановки в реальном масштабе времени.

В третьей главе показано, что автоматическая идентификация конвективных ячеек и ее реализация в АМРК «АСУ-МРЛ» обеспечило создание мощного инструмента для анализа больших массивов данных радиолокационных наблюдений.

На основе применения созданного инструмента проведены исследования характеристик мощных конвективных облаков Северного Кавказа и Крымской области Украины в период с 2002 по 2009 гг.

Обработка материала в автоматическом режиме позволила провести статистический анализ огромного массива данных радиолокационных наблюдений Ставропольского АМРК «АСУ-МРЛ», включающего 125 186 циклов обзора пространства и получить значения параметров 701458 КЯ в более чем 324 миллиардов точек пространства размерами 500x500x500 м. Эти исследования позволили провести анализ градоопасности Северного Кавказа в разные годы, выявить наиболее градоопасный период года и суток, а также получить статистические данные о повторяемости значений различных характеристик.

Автоматическая обработка данных позволила получить процентное соотношение КЯ с градовыми и ливневыми осадками разной интенсивности. Анализ показал, что из 701 458 КЯ, наблюдавшихся в течение 7 лет в радиусе 200 км вокруг Ставропольского АМРК «АСУ-МРЛ» на площади » 126 тысяч км , как видно из рис. 5а), 72,1 % составляют КЯ со слабыми ливневыми дождями (с интенсивностью J < 5 мм/час), 23,5 % КЯ с умеренными ливневыми осадками (с 5 < J < 10 мм/час), 2,5 % с сильными ливневыми осадками (с J > 10 мм/час) и всего 1,84 % градовых КЯ, в том числе 1,2 % с крупой и слабым градом, 0,6 % с умеренным градом и около 0,04 % с сильным градом (см. рис. 56). Из рис. 56) следует, что из 12 948 градовых КЯ 64,9% являются слабыми, из которых выпадает ливневой дождь с крупой и мелким градом, не наносящим ущерба сельскохозяйственным культурам, 32,7% КЯ можно отнести к умеренным, из которых выпадает град, наносящий частичные повреждения, а 2,4% градовых КЯ сопровождаются интенсивными градобитиями со степенью повреждения сельхозкультур

С Град слабый

умеренный сильный

Рис. 5. Повторяемость градовых и ливневых КЯ разной интенсивности в %, осредненная за период (2002 - 2008 гг.).

Исследования многолетнего, годового и суточного хода градоопасности региона позволили достоверно сравнить разные годы по степени градоопасности, выявить наиболее градоопасный период года и суток и получить статистические данные о повторяемости значений различных характеристик КЯ.

Сравнение градовой активности разных лет показало, что в последние годы наблюдается тенденция повышения градоопасности равнинной части Северного Кавказа, что может быть обусловлено влиянием глобального потепления климата, приведшем также к увеличению количества осадков, температуры и влажности атмосферы. Общее количество градовых ячеек увеличивалось с годами и в 2008 г. увеличилось в 3 - 4 раза в сравнении с 2002 - 2005 гг. Наблюдается тенденция увеличения и количества мощных градовых ячеек (рис. 6).

Аппроксимация годового хода числа градовых ячеек Л/, представленного на рис. 6 полиномом 6-й степени, дает следующие результаты:

- число КЯ со слабым градом:

Л/с = 0,4167х4+17,689х3-150,85х2+405,15х+386,94;

(17)

- число КЯ с умеренным градом:

Л/у = 3,93х6-99,67х5+1004,2х4-5086,1х3+13517х2-17656х+8882; (18)

- число КЯ с интенсивным (сильным) градом:

Ыи = 0,149х6-2,76х5+18,04х4-42,7х3-12,06х2+149,8х-73,75, (19) где х - порядковый номер года, начиная с 2002 г.

3000

2500

* 2000 <и

О) У

5 1500

* 1000

500

Рис. 6. Многолетний ход количества градовых КЯ в период с 2002 по 2008 гг.

Анализ годового хода градовой активности показал, что наиболее высокая градовая активность в Ставропольском крае отмечается в июне и августе, на которые приходится и основное количество осадков.

Анализ суточного хода количества показал, что град на Северном Кавказе в 2002 - 2008 гг. обычно наблюдался (рис.7) с 1300 до 2100, а наиболее градоопасным временем суток является период с 1500 до 1900 с абсолютным максимумом в 17°°

Аппроксимация суточного хода числа градовых ячеек N, представленного на рис. 7 полиномом 6-й степени, дает следующие результаты:

- число КЯ со слабым градом:

Л/с =0,002х6-0,107х5+2,86х4-35,1х3+201х2-484х+490;

■■Град сильный CZD Град умеренный □ Град слабый Полиномиальный (Град слабый) — Полиномиальный (Град умеренный) —Полиномиальный (Град сильный) /1

/ /

/ / / / Т

— /

_ У

\ к

' |

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Годы

-число КЯ с умеренным градом:

Л/у =0,001х6-0,071 х5+1,923/-24,16х3+144х2-374х+364;

-число КЯ с интенсивным (сильным) градом:

Л/и = 7*10"У-0,005х5+0,134х4-1,67х3+9,75х2-25,4х+26Д

где у - порядковый номер часа, начиная с 1.

(22)

1000

800

| 600

5 400

200

■■ Град сильный СП Град умеренный □ Град слабый

Полиномиальный (Град слабый)

— Полиномиальный (Град умеренный)

— Полиномиальный (Град сильный)

Уг

9 12

Время суток

Рис. 7. Суточный ход градоопасности Северного Кавказа, осредненный за 2002 - 2008 гг.

Сравнение радиолокационных данных о суточном ходе частоты выпадения града, представленных на рис. 7, с данными метеостанций и постов, полученными А.М. Малкаровой и И.А. Бурановой для этого же региона, показало хорошее согласие данных радиолокационных и наземных наблюдений.

Анализ суточного хода градоопасности в каждом отдельном году показал различия, как в числе наблюдающихся КЯ и соотношении слабых и мощных КЯ, так и в распределении их по времени суток. Например, в 2002 - 2006 гг. градовые КЯ, в том числе и мощные, отмечались чаще с 1500 до 18°6, в 2007 г. с 1300 до 1400, а в 2008 г. градоопасный период, в том числе и мощные градовые КЯ отмечались с 1300 до 2200, хотя во все годы более градоопасной является вторая половина дня.

В диссертации представлены также результаты аналогичных исследований градоопасности территории Крымской области Украины в период с 2003 по 2009 гг. Обработано 72 873 файла обзора и установлено, что за эти годы в радиусе действия АМРК «АСУ-МРЛ»

Кировского отряда Крымской противоградовой службы было обнаружено 12340 градовых КЯ, в том числе слабых 7639, средних 4082 и 619 мощных. В Крыму отмечается несколько иное, чем в Ставропольском крае соотношение слабых, средних и мощных градовых КЯ. Доля мощных градовых ячеек в Крыму вдвое превышает их долю на Северном Кавказе, но они имеют меньшие поперечные размеры и более короткий период существования.

Для обеспечения безопасности полетов авиации в сложных метеорологических условиях важно знать данные о повторяемости опасной облачности по высотам и эшелонам полета. В качестве одного из параметров, характеризующих степень опасности облачности, взята радиолокационная отражаемость, значения которой коррелирует с наличием турбулентности, больших скоростей воздушных потоков, интенсивных осадков и грозовой активности, в том числе и опасность встречи с градом.

1.0Е+02

1.0Е+01 1.0Е+00

ф г

° 1.0Е-01 л

§ 1.0Е-02 ®

к а

ь 1.0Е-03 аз О

1,0Е-04 1.0Е-05

1 3 5 7 9 11 13 15

Высота над уровнем моря, Н км

Рис. 8. Повторяемость значений радиолокационной отражаемости 2 (с1Вг) в зависимости от высоты над уровнем моря, полученная по данным 125 186 объемных файлов обзора, содержащих 324-Ю9 пространственных точек с наличием облачности в 703 726 КЯ, наблюдавшихся в период 2002-2008 гг.

На рис. 8 показана повторяемость числа значений радиолокационной отражаемости 1 на разных высотах. Из него следует, что частота опасных отражаемостей уменьшается с высотой, но вместе с тем достаточно часто отмечаются случаи, когда отражаемость 2 > 50 с1В2, соответствующая области локализации

-11-20 с!В2 .......21-30 сШ — 31-4оавг ---41-50 сШ —51-60 сшг

— - - — " ■ч. >ч — -61->7< 70сшг э авг

-----ч \

\ ч, 4 4 N ' N

V \ ч ч ■Ч

града, в редких случаях может достигать высоты над уровнем моря 11 -13 км. Области локализации крупного града могут достигать высоты 7 -9 км, хотя число пространственных точек с крупным градом не превышает 0,01 % от их общего числа. Высота опасного, с точки зрения грозоопасности, уровня отражаемости с Z > 30 dBZ, отмечается в 0,01 % случаев на высотах до 13 км. Наиболее опасным слоем кучево-дождевых облаков, как и следовало ожидать, является приземный слой до высоты 7 км, где может отмечаться крупный и интенсивный град.

Четвертая глава диссертации посвящена применению разработанных методик и алгоритмов в практике противоградовой защиты и штормооповещения.

В разделах 4.1, 4.4 и 4.5 рассмотрены вопросы оптимизации цикла радиолокационного обзора пространства, формата представления радиолокационной информации с оптимальным сжатием и оптимизацией системы штормооповещения.

В разделе 4.2 приводится методика сверхкраткосрочного прогноза местоположения явлений погоды, представляющая интерес для потребителей радиолокационной информации, включая противоградовые службы и службы штормооповещения и метеоропогического обеспечения авиации. Для решения этой проблемы предложен инерционный краткосрочный прогноз местоположения явлений погоды, осуществляемый с учетом направления и скорости перемещения. На практике это реализуется путем задания времени прогнозирования с помощью движка на карте явлений погоды.

Результаты испытаний такого сверхкраткосрочного прогноза погоды показали, что в большинстве случаев достигаются удовлетворительные для практики точности в определении положения опасных явлений погоды. Оправдываемость такого прогноза тем выше, чем короче прогнозируемый период, и снижается в случаях быстрой трансформации ячейковой структуры облачности и явлений погоды. Такой краткосрочный прогноз, конечно, не идеален, но он дает возможность оценить время, когда облачность достигнет аэропорта, границы защищаемой территории или оповещаемого об опасных явлениях погоды населенного пункта.

В разделе 4.3 описывается программно-технический комплекс подготовки и передачи данных в коде FM-94 BUFR в сеть штормооповещения, состоящий из автоматизированного рабочего места, средств связи и программ BUFR.exe, «Transmit» и «Connect».

В программу BUFR.exe из АМРК «АСУ-МРЛ» вводится трехмерная матрица 100x100 ячеек данных о радиолокационной отражаемости от уровня земли до 11 км с пространственным разрешением 4 км. Программа вырабатывает комплект радиолокационных продуктов в соответствии со стандартом ВМО и приказом Росгидромета № 95 от 20.04.1995 г., а программы «Transmit» или «Connect» обеспечивают передачу информации на автоматизированные рабочие места

аэролога, синоптика АМСГ, синоптика ЦГМС, в сеть штормооповещения, метеообеспечения авиации и другим потребителям по каналам связи, имеющимся у потребителей (телефонный, спутниковый, СВЧ радиомодем, сотовая связь).

После включения программных средств BUFR.exe, «Transmit» или «Connect» формирование, кодирование и передача пакета информации всем потребителям осуществляется в регламентные сроки автоматически (вмешательства персонала не требуется). В системе МАРС Северо-Кавказской радиолокационной сети данные Волгоградского, Ставропольского и Зеленокумского АМРК «АСУ-МРЛ» сшиваются с данными других МРЛ. Сравнение данных об опасных явлениях погоды Волгоградского АМРК «АСУ-МРЛ» с данными сети метеостанций в течение 2008 -2009 гг. показала, что оправдываемость такого автомата варьирует от 92 до 99 %, составляя в среднем 95 %.

В рамках практической реализации этого программно-технического комплекса на МРЛ Ставропольской ВС впервые использована для передачи больших массивов радиолокационных данных спутниковая система связи VSATc терминалом DirecWay.

Благодаря этому данные Зеленокумского и Ставропольского АМРК «АСУ-МРЛ», поступают на единый командный пункт (КП) управления противоградовыми операциями Ставропольской ВС, с которого осуществляется противоградовая защита на площади 790 тысяч га. Кроме того, на этом КП по данным Зеленокумского и Ставропольского АМРК «АСУ-МРЛ» формируются, кодируются в код FM-94 BUFR и «RADOB» и передаются в Северо-Кавказскую радиолокационную сеть штормооповещения и в Ставропольский Гидрометцентр пакеты информации в автоматическом режиме.

В разделе 4.6 даны рекомендации по оптимизации и автоматизации оценки физической эффективности воздействия на облачные процессы на основе разработанной методики автоматической идентификации КЯ и измерения их характеристик. Постоянный контроль и документирование значений параметров КЯ позволит также сравнивать закономерности эволюции засеянных и незасеянных КЯ.

Основные результаты диссертации

1. Разработан новый метод автоматической идентификации и локализации КЯ заданного масштаба с заданными характеристиками (градовые, ливневые и др.), реализованный в составе программного обеспечения автоматизированной радиолокационной системы противоградовой защиты «АСУ-МРЛ». ,что позволило создать программно-технический комплекс для оперативного применения и исследования облачных систем, обеспечивающий:

- автоматическое измерение координат КЯ и комплекса их одномерных, двумерных и трехмерных параметров;

-построение графиков временного хода параметров КЯ и определение тенденции их развития (повышение, понижение их градовой или фозовой опасности);

- определение направления и скорости перемещения каждой КЯ.

- автоматическое распознавание явлений погоды в каждой КЯ;

- оценку грозо- и градоопасности КЯ;

- распознавание категорий объектов воздействия для целей активного воздействия на градовые процессы.

2. На основе применения разработанного метода проведены статистическая обработка и анализ многолетнего массива данных радиолокационных наблюдений облаков и осадков на Северном Кавказе и в Крымской области Украины в период 2002 - 2009 гг., впервые получены следующие результаты:

- детальные статистические данные о повторяемости КЯ с ливневыми и градовыми осадками различной интенсивности;

- детально изучены многолетний, годовой и суточный ходы градоопасности двух регионов в отдельные годы и осредненные за все годы наблюдений;

- установлены наиболее градоопасные периоды года и суток;

выявлены региональные особенности в повторяемости КЯ градовых процессов разной интенсивности и соотношение количества КЯ со слабым, умеренным и интенсивным градом.

3. Получены статистические данные о зависимости частоты пространственных точек с градовой, грозовой и ливневой опасностью, от высоты характеризующие вероятность встречи с крупным, средним и слабым градом, грозовыми разрядами.

4. Разработана методика автоматического получения карт явлений погоды с указанием векторов направления и скорости перемещения КЯ и ведущего потока, а также методика краткосрочного прогноза местоположения явлений погоды, основанная на анализе объемных файлов радиолокационного обзора.

5. Разработан, испытан и внедрен в практическое применение программно-технический комплекс подготовки, кодирования в международный код FM-94 BUFR и передачи пакетов информации в Северо-Кавказскую радиолокационную сеть штормооповещения и территориальные Гидрометцентры.

6. Разработаны рекомендации по оптимизации методики оценки эффективности воздействия на облачные процессы на основе применения разработанного метода идентификации облачных ячеек и получения графиков временного хода параметров каждой ячейки.

Предложенные методы, алгоритмы и программно-технические средства автоматизированной идентификации КЯ используются в практику противоградовой защиты, штормооповещения и метеообеспечения авиации. Их применение обеспечивает возможность более полной автоматизации и повышения эффективности противоградовой защиты, а также повышение оперативности радиолокационного исследования облаков и создание информационного банка данных об эволюции КЯ.

Список публикаций по теме диссертации

1. Abshaev М.Т., Abshaev A.M., Jarashuev M.V. etc. New means of hail suppression.// Proc. 9th WMO Int. Sci. Conf. on Weather Modification. -Antalia, 2006.-P. 155-163

2. Абшаев M.T., Жарашуев M.B. Алгоритмы автоматизированного распознавания конвективных ячеек и получение временного хода их параметров.// Тезисы научно-практической конференции посвященной 40-летию начала производственных работ по защите сельхозкультур от градобитий. - Нальчик, 2007. - С. 79-80.

3. Абшаев М.Т., Абшаев А.М., Жарашуев М.В. Автоматизированная система управления противоградовыми операциями «АСУ-МРЛ» II Тезисы научно-практической конференции посвященной 40-летию начала производственных работ по защите сельхозкультур от градобитий - Нальчик, 2007. - С. 72-76.

4. Абшаев A.M. Жарашуев М.В. Автоматизированная идентификация конвективных ячеек в кучево-дождевой облачности И Материалы IX конференции молодых ученых КБ НЦ РАН. - Нальчик, 2008.-С. 47-52.

5. Абшаев А.М., Жарашуев М.В. Оптимизация подготовки и передачи радиолокационной информации в сеть штормооповещения и метеообеспечения авиации II Материалы IX конференции молодых ученых КБ НЦ РАН. - Нальчик, 2008. - С. 52 -57.

6. Абшаев А.М., Абшаев М.Т., Жарашуев М.В. Автоматизированная идентификация, измерение параметров конвективных ячеек для целей штормооповещения и защиты от града II Тезисы докладов научной конференции институтов Росгидромета, посвященной 50-летию Отдела физики облаков ГГО им. А.И. Воейкова, «Теоретические и экспериментальные исследования облаков». - С-Пб., 2008. - С. 42-44.

7. Жарашуев М.В. Автоматическая статистическая оценка суточного хода числа градовых ячеек на Северном Кавказе // Материалы X конференции молодых ученных. - Нальчик, 2009. - С. 114118.

8. Жарашуев М.В. Автоматический статистический анализ повторяемости различных типов осадков, в Ставропольском крае и прилегающих республиках. II Материалы X конференции молодых ученных - Нальчик, 2009. - С. 110-114.

9. Абшаев А.М., Абшаев М.Т., Жарашуев М.В. Положительное решение на выдачу патента РФ по заявке 2008111561 от 25.03.2008 г. Автоматизированная радиолокационная система штормооповещения и активных воздействий на облака.

10. Абшаев М.Т. Абшаев A.M. Малкарова А.М. Жарашуев М.В. Автоматизированная радиолокационная идентификация, измерение параметров и классификация конвективных ячеек для целей защиты от града и штормооповещения II Метеорология и гидрология. - М.: Гидрометеоиздат, 2010. - № 3 - С. 36-45.

И.Абшаев М.Т. Абшаев A.M. Малкарова А.М. Жарашуев М.В. Автоматизированная идентификация, измерение параметров и классификация конвективных ячеек для целей защиты от града и штормооповещения // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - Ростов-на-Дону, 2010. - № 1. - С. 109-113.

12. Жарашуев М.В. Статистический анализ радиолокационных характеристик мощных конвективных ячеек.// Известия вузов. СевероКавказский регион. Естественные науки. - Ростов-на-Дону, 2010. №13 -С. 58 - 65.

Сдано в набор 10.05.10 г. Подписано в печать 15.05.10 г. Гарнитура Тайме. Печать трафаретная. Формат 60 X 84 1/te-Бумага писчая. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100. Заказ № 777

Государственное учреждение «Высокогорный геофизический институт»

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Жарашуев, Мурат Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ.

1.1. Анализ состояния обработки радиолокационной информации.

1.2. Анализ возможностей существующих радиолокационных сетей.

1.3. Ячейковая структура градовых процессов.

1.4. Ячейковая структура слоистообразной облачности.

1.5.Вывод ы.

2. МЕТОДЫ, АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММЫ ИДЕНТИФИКАЦИЯ КОНВЕКТИВНЫХ ЯЧЕЕК.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Метод и алгоритмы идентификации КЯ.

2.3. Метод и алгоритм автоматического измерения параметров и построения графиков их временного хода.

2.4. Алгоритм расчета направления и скорости перемещения КЯ.

2.5. Оценка степени грозо- и градоопасности КЯ.

2.6. Метод получения карт с автоматическим выделением КЯ

2.7. Выводы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Исследование повторяемости и параметров градовых КЯ.

3.2. Исследование распределения по высоте опасных для полетов авиации уровней отражаемости.

3.3. Выводы.

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК.

4.1. Оптимизация цикла радиолокационного обзора пространства.

4.2. Методика сверхкраткосрочного прогноза ГТП.

4.3. Программно-технический комплекс подготовки и передачи данных в коде FM-94 BUFR.

4.4. Форматы представления радиолокационной информации, реализованные в «АСУ-МРЛ».

4.5. Оптимизации использования радиолокационной информации.

4.6. О возможности оптимизации оценки эффективности воздействия на облачные процессы.

4.7. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Метод идентификации конвективных ячеек и результаты его применения для исследования градовых процессов"

Радиолокационные методы распознавания явлений погоды, оценка их грозо- и градоопасности, оповещение об опасных явлениях в настоящее время являются одними из основных и широко применяемых в мире методов. Созданы круглосуточно функционирующие радиолокационные метеорологические сети, которые обеспечивают объединение данных отдельных MPJI и передачу оперативной информации о фактической погоде различным потребителям (службам авиационного, морского и дорожного движения, территориальным Гидрометцентрам, МЧС, органам сельского хозяйства и т.д.).

Радиолокационная информация успешно используется для обеспечения безопасности полетов авиации, оповещения населенных пунктов и объектов об опасных явлениях погоды, уточнения краткосрочных и сверхкраткосрочных прогнозов, для гидрологических прогнозов и оповещения о паводках ливневого происхождения в работах по модификации погоды с целью предотвращения града, искусственного увеличения осадков, улучшения погодных условий над мегаполисами[6,57,58].

Эффективность радиолокационных систем оповещения определяется надежностью применяемых критериев и алгоритмов распознавания явлений погоды[76], в том числе опасных явлений погоды (ОЯП). Одной из важных проблем, не до конца решенных в существующих системах обработки радиолокационной информации, является проблема идентификации конвективных ячеек (КЯ), с которыми связаны опасные явления погоды (град, гроза, торнадо, осадки катастрофической интенсивности и т.д.)[85].

Кучево-дождевые облачные системы обычно состоят из множества конвективных ячеек (КЯ), имеющих различную пространственную структуру, непрерывно меняющуюся во времени, перемещающихся в разных направлениях с разной скоростью. Метеообеспечение авиации, штормовое оповещение населенных пунктов, активные воздействия на облачные системы с целью предотвращения градобитий и искусственного увеличения осадков требуют решения проблемы надежной локализации КЯ в облачной системе, оценки степени грозоопасности и градоопасности каждой КЯ, возможности формирования ливневых паводков, определения направления и скорости их перемещения.

В автоматизированных метеорологических радиолокационных комплексах (АМРК) «Метеоячейка», «АКСОПРИ», АСУ «Антиград», «Мерком» и «АСУ-MPJI», используемых в России и странах СНГ, идентификация КЯ в облачной системе обычно осуществляется вручную, что не позволяет автоматизировать ряд противоградовых операций, включая выделение и распознавание градовых и грозовых КЯ и контроль эволюции их параметров при естественном развитии и активном воздействии. Это снижает надежность метеообеспечения авиации и оперативность операций по активному воздействию на облака, что не допустимо при воздействии на быстротечные градовые процессы, и обуславливает зависимость процесса воздействия от субъективного фактора.

Решение проблемы автоматической идентификации конвективных ячеек является одним из важных этапов полной автоматизации противоградовых операций и распознавания грозовых очагов для метеообеспечения авиации[83].

Целью настоящей работы является разработка, испытание и внедрение в оперативную практику штормооповещения и противоградовой защиты методики, алгоритмов и программ автоматической идентификации конвективных ячеек, измерения их координат, комплекса параметров, получения временного хода параметров, тенденции развития, распознавания явлений погоды и сверхкраткосрочного прогноза развития и направления перемещения.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

1. Разработаны новые методы, алгоритмы и программы автоматизации:

- идентификации КЯ, их локализации, измерения координат и комплекса одномерных, двумерных и трехмерных параметров;

- построение графиков временного хода параметров;

- определение тенденции развития КЯ;

- определение направления и скорости перемещения КЯ;

- распознавание явлений погоды в каждой КЯ, включая оценку их грозо-и градоопасности;

- распознавание категорий объектов воздействия для целей активного воздействия на градовые процессы.

2. На основе использования созданной системы обработки информации проведена обработка данных многолетних радиолокационных наблюдений и обширные статистические исследования градовых процессов Северного Кавказа и Крымской области Украины, в результате которых установлены:

- повторяемость градовых и ливневых осадков различной интенсивности;

- повторяемость опасных для полетов авиации уровней отражаемости на различных высотах и др.

3. Разработан новый программно-технический комплекс автоматической подготовки, кодирования в международный код FM-94 BUFR и передачи пакетов информации в Северо-Кавказскую радиолокационную сеть штормооповещения и метеообеспечения авиации, содержащий в соответствии с регламентом ВМО и приказом Росгидромета от 21.06.2004 № 95 карты явлений погоды, горизонтальных сечений на 11 стандартных уровнях высоты, мгновенной интенсивности количества осадков за каждые 1, 3, 6, 12 и 24 часов, направления и скорости перемещения и тенденции развития и т.д.

4. Разработана методика инерциального краткосрочного прогноза местоположения явлений погоды по данным о их местоположении, направлении и скорости перемещения в момент обзора.

5. Впервые создана система оперативной передачи больших пакетов радиолокационной информации по спутниковой системе связи VSAT, включая передачу объемных файлов обзора, пакетов информации в коде FM-94 BUFR в территориальные Гидрометцентры и радиолокационную сеть штормооповещения Северного Кавказа.

Научная новизна полученных результатов:

1. Впервые разработан и реализован новый метод идентификации КЯ, позволяющий обеспечить автоматизацию измерения их параметров и построения графиков временного хода, оценки тенденции развития, градо- и грозоопасности, распознавания категорий ОВ и т.д.

4. Создан новый программно-технический комплекс автоматической подготовки, кодирования в код FM-94 BUFR и передачи пакетов информации в сеть штормооповещения, функционирующий без участия персонала.

Научная и практическая значимость результатов:

1. Разработанный метод и алгоритмы автоматической идентификации КЯ в облачных системах, измерения их параметров, построения графиков временного хода параметров и определения тенденции развития обеспечивает S распознавание грозовых и градовых очагов, звуковое оповещение о них может обеспечить повышение оперативности и точности обнаружения опасных явлений погоды, выделения объектов воздействия, автоматизацию контроля физической эффективности засева облаков, что способствует повышению эффективности противоградовой защиты, штормооповещения и метеообеспечения авиации.

3. Новый программно-технический комплекс автоматической подготовки, кодирования в код FM-94 BUFR и передачи пакетов информации в сеть штормооповещения применяется для метеобеспечения авиации в международных аэропортов «Гумрак» (г. Волгоград) и «Звартноц» (г. Ереван).

Основные положения, выносимые на защиту:

3. Результаты анализа соотношения повторяемости ливневых и градовых конвективных ячеек.

5. Результаты анализа распределения значений радиолокационной отражаемости по высотам.

Личный вклад автора:

Постановка задачи выполнена научным руководителем. Программно-технический комплекс штормооповещения и метеобеспечения авиации создан совместно с научным руководителем и группой авторов автоматизированной радиолокационной системы «АСУ-МРЛ». Методики, алгоритмы и программы идентификации конвективных ячеек, измерения их параметров, получения временного хода и тенденции развития, а также основные результаты статистических исследований градовых процессов, приведенные в работе, выполнены автором.

Апробация работы:

Основные результаты диссертации докладывались на:

- 9-й международной научной конференции ВМО по модификации погоды (г. Анталия, 2006 г.);

- конференции молодых ученых Кабардино-Балкарского научного центра РАН (г. Нальчик, 2007 г.);

- научно-практической конференции, посвященной 40-летию начала производственных работ по защите сельхозкультур от градобитий (г. Нальчик, 2007 г.);

- юбилейной конференции отдела физики облаков и АВ ГУ «Главная геофизическая обсерватория» (г. Санкт Петербург, 2008 г.);

- IX конференции молодых ученых Кабардино-Балкарского Научного Центра РАН (г. Нальчик, 2008 г.);

Кроме того, предложенные в работе методики, алгоритмы и программы подготовки, кодирования и передачи пакетов информации в сеть штормооповещения и метеообеспечения авиации внедрены в составе автоматизированной системы «АСУ-МРЛ» в Ставропольском крае (в Ставропольском и Зеленокумском MPJI), в аэропорту г. Волгоград.

Создана обширная база данных по эволюции облаков и облачных систем в этих регионах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Содержит 139 страниц, 51 рисунок, 4 таблицы и приложение.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Жарашуев, Мурат Владимирович

4.7 Выводы

В целях оптимизации применения радиолокационной информации и разработанного метода автоматической идентификации КЯ в практике противоградовой защиты, штормооповещения и метеообеспечения авиации:

1. Предложена оптимальная сетка углов радиолокационного обзора пространства с переменным шагом.

2. Разработана и внедрена в практику штормооповещения методика инерциального краткосрочного прогноза местоположения явлений погоды по данным о их местоположении, направлении и скорости перемещения в момент обзора пространства.

3. Разработан, испытан и внедрен в практическое применение программно-технический комплекс подготовки, кодирования в код FM-94 BUFR и передачи пакетов информации в Северо-Кавказскую радиолокационную сеть штормооповещения и метеообеспечения авиации.

4. Впервые создана система оперативной передачи больших пакетов радиолокационной информации по спутниковой системе связи VSAT DirecWay, включая передачу объемных файлов обзора, пакетов информации в коде FM-94 BUFR в ряд территориальных Гидрометцентров и радиолокационную сеть штормооповещения Северного Кавказа.

5. Разработаны предложения по оптимизации использования радиолокационной информации для целей штормооповещения.

6. Разработаны рекомендации по оптимизации оценки эффективности воздействия на облачные процессы на основе применения разработанного метода автоматизации идентификации облачных ячеек и получения графиков временного хода параметров каждой ячейки.

Все эти программно-технические средства реализованы и применяются на практике противоградовой защиты и в Северо-Кавказской радиолокационной сети штормооповещения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований и оптимизации обработки радиолокационной информации получены следующие основные результаты:

Разработан новый метод автоматической идентификации и локализации КЯ заданного масштаба с заданными характеристиками (градовые, ливневые и др.), реализованный в составе программного обеспечения автоматизированной радиолокационной системы противоградовой защиты «АСУ-МРЛ».,что позволило создать программно-технический комплекс для оперативного применения и исследования облачных систем, обеспечивающий:

- автоматическое измерение координат КЯ и комплекса их одномерных, двумерных и трехмерных параметров;

- построение графиков временного хода параметров КЯ и определение тенденции их развития (повышение, понижение их градовой или грозовой опасности);

- определение направления и скорости перемещения каждой КЯ.

- автоматическое распознавание явлений погоды в каждой КЯ;

- оценку грозо- и градоопасности КЯ;

- распознавание категорий объектов воздействия для целей активного воздействия на градовые процессы.

2. На основе применения разработанного метода проведена статистическая обработка и анализ многолетнего массива данных радиолокационных наблюдений облаков и осадков на Северном Кавказе и в Крымской области Украины в период 2002 - 2009 гг. впервые получены следующие результаты:

-детальные статистические данные о повторяемости КЯ с ливневыми и градовыми осадками различной интенсивности, их региональный, многолетний, годовой и суточный ход.

-детально изучены многолетний, годовой и суточный ход градоопасности двух регионов в отдельные годы и все годы наблюдений;

- установлены наиболее градоопасные периоды года и суток;

-выявлены региональные особенности в повторяемости КЯ градовых процессов разной интенсивности и соотношение количества КЯ со слабым, умеренным и интенсивным градом.

3. Получены статистические данные о зависимости частоты пространственных точек с градовой, грозовой и ливневой опасностью, от высоты характеризующих вероятность встречи летательных аппаратов с крупным, средним и слабым градом, грозовыми разрядами.

4. Разработан метод автоматического получения карт явлений погоды с указанием векторов направления и скорости перемещения КЯ и ведущего потока, и методика краткосрочного прогноза местоположения явлений погоды, основанные на анализе объемных файлов радиолокационного обзора.

Предложенные методы, алгоритмы и программно-технические средства автоматизированной идентификации КЯ апробированы и внедрены в практику противоградовой защиты, штормооповещения и метеообеспечения авиации. Их применение обеспечивает возможность более полной автоматизации и повышения эффективности противоградовой защиты, а также повышение оперативности радиолокационных исследования облаков и создание информационного банка данных об эволюции КЯ.

Решение проблемы автоматической идентификации конвективных ячеек является одним из важных этапов полной автоматизации и повышения эффективности противоградовой защиты, штормооповещения и метеообеспечения авиации. Их применение обеспечивает также повышение радиолокационных исследования облаков и создание информационного банка данных об эволюции КЯ для сравнения с данными теоретического моделирования и т.д.

В заключение автор приносит глубокую благодарность научному руководителю профессору Абшаеву М.Т., СНС Абшаеву A.M. за постоянную помощь в выполнении работы. Выражаю глубокую благодарность бывшему начальнику Ставропольской Военизированной службы Джангуразову Х.Х., сотрудникам Крымской и Ставропольской Военизированных служб, Волгоградского ЦГМС, за предоставления данных радиолокационных наблюдений и помощь во внедрении полученных результатов. Также я выражаю благодарность всем, кто в той или иной мере помогал в процессе оформления диссертации.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Жарашуев, Мурат Владимирович, Нальчик

1. Абшаев A.M., Жарашуев М.В. Оптимизация подготовки и передачи радиолокационной информации в сеть штормооповещения и метеообеспечения авиации. // Материалы 1. конференции молодых ученных. - Нальчик, 2008. -С. 52-57

2. Абшаев A.M., Абшаев М.Т., Жарашуев М.В. Положительное решение на выдачу патента РФ по заявке 2008111561 от 25.03.2008 г. Автоматизированная радиолокационная система штормооповещения и активных воздействий на облака.

3. Абшаев М.Т., Малкарова A.M. Оценка эффективности предотвращения града. С-Пб.: Гидрометеоиздат, 2006. - 279 с.

4. Абшаев М.Т. Новый метод воздействия на градовые процессы // Тр. Всес. конф. по АВ на гидромет. проц.-JL: Гидрометеоиздат, 1990. С. 118-126.

5. Абшаев М.Т., Беккиев А. Ю., Тапасханов В. О., Тебуев А. Д. Проект Северо-Кавказской автоматизированной радиолокационной метеорологической сети. // Труды ВГИ. 2002. - Вып. 94. С 23-79.

6. Абшаев М. Т., Атабиев М. Д. Двухволновый метод коррекции на ослабление радиоволн в метеообъектах // Труды VI Всес. совещ. по радиометеор. М.: Гидрометеоиздат, 1984. - С. 103-106.

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

8. 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. Москва, 1996. -С. 62-63.

9. 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.

10. 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. - С. 45-59.

11. Автоматизированная радиолокационная система управления и обработки информации радиолокатора МРЛ-5 «АСУ-МРЛ». Руководство по эксплуатации АСУ.001.010 РЭ. Нальчик, 2007. - 73 с.

12. Абшаев A.M. Жарапгуев М.В. Автоматизированная идентификация конвективных ячеек в кучево-дождевой облачности.// Материалы IX конференции молодых ученых.// Нальчик, 2008 - 47-51с.

13. Автореферат дисертации Тебуева А.Д. Автоматизированные радиолокационные исследования макро- и микрофизических характеристик облаков и осадков.// Нальчик, 2004 - 24 с.

14. Агекян Т. А. Олдендерфер М. С., Блэшфилд Р. К. «Кластерный анализ» / «Факторный, дискриминантный и кластерный анализ»: пер. с англ.; Под. ред. И. С. Енюкова. — М.: «Финансы и статистика», 1989—215 с.

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

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

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

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

19. Бадахова Г.Х., Кнутас А.В. Ставропольский край: Современные климатические условия. Ставрополь, 2007. - С45,132-150.

20. Балбуцкий И.М., Брылёв Г.Б., Куликова Г.И. Зависимость высот верхних границ радиоэха конвективных и слоистообразных облаков от высоты уровня нулевой изотермы. Радиолокационная метеорология. -Л.: Гидрометеоиздат, 1988. С. 42-46.

21. Бартон Д., Вард Г. Справочник по радиолокационным измерениям.

22. Пер. с англ. М.: Советское радио, 1976. - 392 с.

23. Баттан JI. Дж. Радиолокационная метеорология. Пер. с англ. JL: Гидрометеоиздат, 1967. - 196 с.

24. 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.

25. Бин Б., Даттон Дж. Радиометеорология. Пер. с англ. JL: Гидрометеоиздат, 1971. - 362 с.

26. Болынев Л. Н., Смирнов Н. В. Таблицы математической статистики. — М.: Наука, 1983.-416 с.

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

28. Бочарников Н.В., Брылёв Г.Б., Ватиашвили М.Р. Диагноз шквалов по данным МРЛ. // : Радиолокационная метеорология. -Л.: Гидрометеоиздат, 1989, С. 64-67.

29. Бочарников Н.В., Брылёв Г.Б., Иванова Т.В., Солонин А.С. Метод прогноза роз с использованием модели конвективного облака и радиолокационной метеорологической информации. : Радиолокационная метеорология. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. С. 32-37.

30. 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.

31. Брылёв Г.Б., Гашина С.Б., Низдойминога Г.Л.

32. Радиолокационные характеристики облаков и осадков. — Д.: Гидрометеоиздат, 1986. 230 с.

33. Брылёв Г.Б., Куликова Г. И. Характеристики гроз над территорией СССР по данным сети МРЛ// Радиолокационная метеорология. -Л.: Гидрометеоиздат, 1988,-С. 18-24.

34. Брылёв Г.Б., Линев А.Г. Радиолокационные характеристики облачности и осадков, полученные по ячейкам пространства 5x5 км. // Радиолокационная метеорология. -Л.: Гидрометеоиздат, 1984.-С. 145-153.

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

36. Вельтищев Н.Ф., Корольков A.M. Мезомасштабный численный анализ осадков с использованием радиолокационных и станционных измерений. // Метеорология и гидрология. 1995. - № 7. С. 15-23.

37. ВМО Комиссия по Основным Системам. Двенадцатая сессия. Женева, 29 ноября-8 декабря 2000 г. -№ 923 С.93-112

38. 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.

39. 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.

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

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

42. Жарашуев М.В. Статистический анализ радиолокационных характеристик мощных конвективных ячеек.// Известия вузов. СевероКавказский регион. Естественные науки. Ростов-на-Дону, 2010. - N2. - С60-67

43. Жарашуев М.В. Автоматический статистический анализ повторяемости различных типов осадков в Ставропольском крае и прилегающих республиках // Материалы X конференции молодых ученных. -Нальчик, 2009.-С. 110-114.

44. Жарашуев М.В. Автоматическая статистическая оценка суточного хода числа градовых ячеек на Северном Кавказе // Материалы X конференции молодых ученных. Нальчик, 2009. - С. 114-118.

45. Исследование статистических характеристик метеорадиоэха // Абшаев М. Т., Инюхин B.C., Тапасханов В.О., и др. //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. Керр Д. В. Распространение ультракоротких радиоволн. Пер. С англ. — М.: Изд-во Советское радио, 1954. 710 с.

48. Код для передачи данных наблюдений Метеорологических радиолокаторов (международная форма FM20-VIII RADOB). JL:, Гидрометеоиздат, 1986. -31 с.

49. Метеорологические автоматизированные радиолокационные сети / Т.А. Базлова, Н.Б. Бочарников, Г.Б. Брылев, и др. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002.-331 с.

50. Методические указания по использованию радиолокационных данных в синоптическом анализе и краткосрочном прогнозе погоды. М.: Гидрометеоиздат, 1981. - 8 с.

51. Наставление по метеообеспечению гражданской авиации «NMO-GA-95»-Москва, 1995.

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

53. Об оценке физической эффективности экспериментов по воздействию на градовые процессы / Абшаев М.Т., Ашабоков Б.А., Федченко JI.M. и др. // Всес. конф. по АВ на гидромет. проц. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - С. 181185.

54. Опасные гидрометеорологические явления на Кавказе / Под ред. Сванидзе Г. Г., Цуцкиридзе Я. А. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 288 с.

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

56. Основные технические требования к системе обнаружения опасных атмосферных явлений и штормового оповещения на базе метеорологических радиолокаторов, утвержденные Приказом Росгидромета от 21.05.2004 № 95.

57. Порядок обмена данными наблюдений на метеорологической автоматизированной радиолокационной сети РФ (версия от 21.04.2003).

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

59. Профет Д.Т. Проблемы искусственного воздействия на град и достижения в этой области. Динамика кучевых облаков. М.: Мир, 1964. -С. 244-261.

60. Публикации ВМО. Каталог метеорологических бюллетеней. 1999, №9., глава 1.

61. Радиолокационные измерения осадков / Боровиков A.M., Костарев В.В., Мазин И.П., и др. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 140 с.

62. РД 52.37.722-2009. Районирование территории по градоопасности. -Нальчик: Эльбрус, 2009. 12 с.

63. РД 52.11.332.93. Методические указания. Методика выполнения радиолокационных наблюдений с помощью комплексов АКСОПРИ. Вторая редакция / Ю.В. Мельничук, В.Н. Губарчук, Н.И. Серебрянник- Москва, 1997. -68 с.

64. РД 52.04.320-91. Руководство по производству наблюдений и применению информации с неавтоматизированных радиолокаторов МРЛ-1, МРЛ-2, МРЛ-5. -СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. 264 с.

65. Руководство по применению радиолокаторов MPJI-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.

66. РД 52.37.596-98. Инструкция. Активное воздействие на градовые процессы / М.Т. Абшаев. С.Пб.: Гидрометеоиздат, 1998.-32 с.

67. 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.

68. Руководство ВМО по формам с табличным поиском: FM 94 BUFR и FM 95 CREX. Женева, 01.07.2002.

69. 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.

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

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

72. 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.

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

74. 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. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.-С. 3-8.

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

76. Том 1. Основы радиолокации. 1976. - 456 с.

77. Том 2. Радиолокационные антенные устройства. 1977. - 405 с.

78. Том 3. Радиолокационные устройства и системы. 1978. - 527 с.

79. Том 4. Радиолокационные станции и системы. 1978. - 375 с.

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

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

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

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

84. 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.

85. Шуметов В. Г. Шуметова Л. В. Кластерный анализ: подход с применением ЭВМ, Орел, 2000. — 118 с.

86. Шупяцкий А.Б. Радиолокационное измерение среднего размера капель и водности в сильных дождях // Труды ЦАО. 1958. - Вып. 20. - С. 5870.

87. Щукин Г.Г., Бобылев Л.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.

88. Abshaev М.Т., Abshaev A.M., Jarashuev M.V. at all. New means of hail suppression // 9th WMO Conf. Weather Mod. Antalya, Turkey, 2007.

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

90. 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.

91. Abshaev M.T. Evolution of seeded and non-seeded hailstorms // Seventh WMO Sci. Conf. On Wea. Mod. Chiang Mai, Thailand, 1999. - Vol. 2. - P. 407410.

92. Abshaev M.T., 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.

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

94. 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.

95. Eccles P.I., Atlas D.A. A new method of hail detection by dualwavelength radar // Prepr. Of 14-th Radar Met. Conf., Tucson, Amer. Met. Soc. Boston, 1970. -P. 106-112.

96. 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.

97. Eccles P.J., Atlas D.A dual-wavelength radar hail detector. // J. Appl. Met., -1973.-№12.-P. 847-856.

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

99. 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.

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

101. 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.

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

103. 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.

104. 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.

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

108. Nalchik, USSR, November, 1979. 29 p.

109. 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.

110. 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.

111. 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.

112. 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.

113. 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.

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

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

Информация о работе

Жарашуев, Мурат Владимирович
кандидата физико-математических наук
Нальчик, 2010
ВАК 25.00.30

Диссертация

Метод идентификации конвективных ячеек и результаты его применения для исследования градовых процессов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы