ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК ТУРБУЛЕНТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ТРОПОСФЕРЕ МЕТОДОМ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

June 22, 2012 by admin Комментировать »

Олейников В. Н., Соляник О. А., Евсеев Д. Б. Харьковский национальный университет радиоэлектроники Пр. Ленина, 14, Харьков -61166, Украина тел. (0572) 43-17-58, e-mail: ort@kture.kharkov.ua


Аннотация Представлены результаты исследования характеристик турбулентных процессов полученных на атмосферной РЛС вертикального зондирования метрового диапазона. Оценены размеры внешнего L0 и внутреннего масштаба 10 турбулентности, коэффициент анизотропии внешнего масштаба турбулентности и время жизни неоднородностей.

I.  Введение

Радиолокационные станции вертикального зондирования (РЛС ВЗ) предназначены для дистанционного бесконтактного определения параметров поля скорости ветра над точкой зондирования в тропосфере и нижней части стратосферы [1, 2]. Для получения информации о динамике атмосферных движений используется явление отражения электромагнитных волн от неоднородностей диэлектрической проницаемости атмосферы. Временное положение отраженного сигнала и сдвиг по частоте, обусловленный эффектом Доплера, дают точную информацию о высоте и скорости перемещения атмосферных неоднородностей. Анализ параметров отраженных сигналов позволяет получать в реальном масштабе времени информацию о высотно-временных полях скорости ветра и интенсивности турбулентных процессов в атмосфере и других её характеристиках.

II.  Основная часть

Для исследования анизотропии мезомасштабной турбулентности использовались значения ширины спектра скорости меридиональной ом и зональной о3 составляющей. В качестве меры анизотропии А взято отношение ширины спектра скоростей меридиональной и зональной компоненты, выраженные в децибелах. Высотно-временное поле модуля параметра А для уровней, превышающих 4 дБ, представлено на рис.1. Выделяющиеся области повышенной анизотропии соответствуют ячейкам перестройки ветрового режима и областям увеличенной ширины спектра скоростей. Сравнивая это поле с полем модуля скорости ветра можно отметить, что области параметра А превышающего величину 4 дБ почти не встречаются при скоростях ветра менее 20 м/с, кроме этого наблюдается заметная корреляция параметра анизотропии А с шириной спектра скоростей.

Для оценки абсолютных величин внешнего и внутреннего масштабов турбулентности были использованы данные аэрологического зондирования и усредненные часовые измерения профилей мощности.

Отражательная способность турбулентной атмосферы определяется флуктуациями диэлектрической проницаемости воздуха и может быть описана структурной постоянной показателя преломления воздуха Сп2. Эта постоянная может быть определена по метеорологическим данным, получаемым на станции аэрологического зондирования или с помощью радиолокационных методов.

Сравнительный анализ величены структурной постоянной Сп2 полученным по метеорологическим данным и данных радиолокационного зондирования РЛС ВЗ, позволяет оценить величину коэффициента турбулентного обмена Кт. С помощью оцененной величены Кт и высотного градиента профиля скорости ветра можно определить скорость диссипации энергии турбулентности в единице массы. Задаваясь табличным значением величины кинематической вязкости можно оценить наименьший размер неоднородностей 1о и время жизни этих неоднородностей То.. Следует метить, что мощность отраженного сигнала не инвариантна относительно начальной ориентации электрического вектора излученной волны. Динамический диапазон изменения усреднённой мощности спектра турбулентной составляющей порядка 40 дБ. Отличие профилей усреднённой мощности (зональной и меридиональной) выливается в отличие рассчитанных значений внешнего масштаба турбулентности в двух ортогональных направлениях, т. е. анизотропию внешнего масштаба турбулентности.

Следует отметить, что для интервала высот

3,5..           .7,5 км и 8…12 км коэффициент анизотропии внешнего масштаба турбулентности (отношение внешнего масштаба турбулентности Lo, полученного при зондировании в зональном направлении к внешнему масштабу турбулентности полученном при зондировании в меридиональном направлении) превышает единицу. В районе тропопаузы наблюдается значительное увеличение коэффициента анизотропии, которое достигает восьми.

гис. I аысотно-бременное поле анизотропии ширины спектра скоростей Fig. 1 Time-altitude field of the anisotropy of the velocity spectral width

ESTIMATION OF TURBULENCE CHARACTERISTICS IN THE TROPOSPHERE BY RADAR SOUNDING

Рис. 2 Границы инерционного диапазона длин волн Fig. 2 The lower and upper limits of the inertial wavelength

Oleynikov V., SolyanikO., Evseev D.

Kharkov National University of Radioelectronics Lenin av.14, Kharkiv 61166, Ukraine tel, (0572) 43-17-58 e-mail: ort@kture.kharkov.ua

Abstract In this paper we present some results of the atmospheric turbulence measurements obtained by the tropospheric wind profiling radar. The inner l0 and outer L0 scales of the inertial turbulence were estimated, as well as turbulence lifetime and spatial anisotropy coefficient for L0.

Время жизни неоднородностей для анализируемого интервала высот составляет 1…10 сек, а для отдельных высот может достигать 5… 10 мин.

Результаты совместных аэрологических измерений и РЛС ВЗ позволили оценить абсолютную величину границ инерционного диапазона длин волн (рис. 2). Для интервала высот 2,5…8 км внешний масштаб турбулентности был более или равен 10 м, достигая иногда величины 100 м и более. В целом характер изменения внешнего масштаба турбулентности соответствует теоретическому значению, оставаясь почти на порядок меньше, для высот атмосферы выше тропопаузы.

III.  Заключение

В работе на основе совместных аэрологических данных и измерений на РЛС ВЗ оценены характеристики турбулентных процессов в тропосфере.

IV.  Список литературы

1.  Кащеев Б. Л., Жуков В. В, Олейников В, Н. Исследование атмосферных динамических процессов в нижней термосфере и тропо-стратосфере. Метеорные исследования. М.: ВИНИТИ, 1988, № 14. с. 19-38.

2.  Кащеев Б, Л,, Олейников В, Н., Слипченко Н. И. и др. Радиолокационный ветровой профилометр «Харш». Радиотехника. Всеукр. межвед. науч. техн. сб., 2001, вып. 120, с. 42-49.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты