Том 22, номер 07, статья № 11

Аннотация:

Представлены результаты, полученные в период с 1993 по 2008 г. по разработке метода и аппаратуры для исследования термического режима атмосферного пограничного слоя (АПС). Метод основан на применении собственного теплового излучения молекулярного кислорода на частоте 60 ГГц (длина волны 5 мм) с помощью микроволнового сканирующего радиометра. Метод реализован в автоматизированных температурных профилемерах МТП-5, прошедших международные сравнения, сертифицированных Росгидрометом и Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии и внесенных в Государственный реестр средств измерений. Приводятся примеры использования микроволновых профилемеров в комплексных экспериментах по исследованию атмосферного аэрозоля, включая аридные районы и случаи задымленности крупных городов, по исследованию городского острова тепла, по использованию особенностей термического режима АПС в горной местности, над водными поверхностями, во время двух полных солнечных затмений (2006 и 2008 гг.), на Антарктическом плато. Сделан анализ преимуществ и недостатков метода исследования АПС с помощью микроволновых радиометров по сравнению с другими методами, как дистанционными, так и контактными.

Ключевые слова:

микроволновый радиометр, атмосферный пограничный слой, температурная стратификация

Список литературы:

1. Ulaby F.T., Moore R.K., Fung A.K. Microwave Remote Sensing, Active and Passive. V. 1. Microwave Remote Sensing. Fundamentals and Radiometry. Reading, M.A.: Addison - Wesley, 1981. 543 р.
2. Башаринов А.Е., Гурвич А.С., Егоров С.Т. Радиоизлучение Земли как планеты. М.: Наука, 1974. 188 с.
3. Westwater E.R., Strand O.N. Statistical information content of radiation measurements used in indirect sensing // J. Atmos. Sci. 1968. V. 25. N 6. P. 750-758.
4. Kadygrov E.N., Shur G.N., Viazankin A.S. Investigation of atmospheric boundary layer temperature, turbulence, and wind parameters on the basis of passive microwave remote sensing // Radio Sci. 2003. V. 38. N 3. P. Mar 13-1 13-12.
5. Westwater E.R. Ground-based microwave remote sensing of meteorological variables // Atmospheric remote sensing by microwave radiometry / Ed. M. Janssen. N.Y.: Wiley, 1993. 343 p.
6. Liebe H.J. MPM - an atmospheric millimeter wave propagation model // Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 1989. V. 10. N 3. P. 331-350.
7. Meeks M.L., Lilley A.E. The microwave spectrum of oxygen in the Earth's atmosphere // J. Geophes. Res. 1963. V. 68. N 6. P. 1683-1703.
8. Snider J.B. Ground-based sensing of temperature profiles from angular and multi-spectral microwave emission measurements // J. Appl. Meteorol. 1972. V. 11. P. 958-967.
9. Ершов А.Т., Наумов А.П. К вопросу о восстановлении высотных профилей температуры по наземным наблюдениям атмосферного радиоизлучения в области = 5 мм // Изв. вузов. Радиофиз. 1974. Т. XVII. № 11. С. 1610-1625.
10. Guldner J., Spankuch D. Remote sensing of the thermodynamic state of the atmospheric boundary layer by ground-based microwave radiometry // J. Atmos. and Ocean. Technol. 2001. V. 18. N 9. P. 925-933.
11. Троицкий А.В. Дистанционное определение температуры атмосферы из спектральных радиометрических измерений в линии = 5 мм // Изв. вузов. Радиофиз. 1986. Т. 29. № 8. С. 878-887.
12. Кадыгров Е.Н., Кокин Г.А., Потапов А.А. Приборы миллиметрового диапазона волн для исследования озонового слоя Земли // Зарубеж. радиоэлектрон. 1989. № 10. С. 52-66.
13. Westwater E.R. Ground-based passive probing using microwave spectrum of oxygen // Radio Sci. 1965. V. 69D. N 9. C. 1201-1215.
14. Westwater E.R., Han Y., Irisov V.G., Lenskiy V., Kadygrov E.N., Viazankin A.S. Remote sensing of boundary layer temperature profiles by a scanning 5-mm microwave radiometer and RASS: Comparison Experiments // J. Atmos. and Ocean. Technol. 1999. V. 16. N 7. P. 805-818.
15. Cadeddu M.P., Peckham G.E., Gaffard C. The vertical resolution of ground-based microwave radiometers analyzed throngh a multiresolution wavelet technique // IEEE Trans. Geosci. and Remote Sens. 2002. V. 40. N 3. P. 531-540.
16. Troitsky A.V., Gaykovich K.P., Kadygrov E.N., Kosov A.S., Gromov V.A. Thermal sounding of the atmosphere boundary layer in oxygen absorbtion band center // IEEE Trans. Geosci. and Remote Sens. 1993. V. 31. N 1. P. 116-120.
17. Kadygrov E.N., Pick D.R. The potential for temperature retrieval from an angular-scanning single-channel microwave radiometer and some comparisons with in situ observations // Meteorol. Applicat. 1998. V. 5. Iss. 4. P. 393-404.
18. Rosenkranz P.W. Shape of the 5 mm oxygen band in the atmosphere // IEEE Trans. Antennas and Propag. 1975. V. AP-23. N 4. P. 498-506.
19. Власов А.А., Кадыгров Е.Н., Шапошников А.Н. Выбор модели расчета коэффициента поглощения кислорода для определения температурного профиля атмосферы по микроволновым измерениям с ИСЗ // Исслед. Земли из космоса. 1990. № 1. С. 36-39.
20. Кадыгров Е.Н., Кузнецова И.Н., Голицын Г.С. Остров тепла в пограничном слое атмосферы над большим городом: новые результаты на основе дистанционных данных // Докл. РАН. 2002. Т. 385. № 4. С. 541-548.
21. Argentini S., Conidi A., Kadygrov E.N. Temperature measurements at Dome C using a new microwave temperature profiler // Proc. Conf. Italian Physical Society / Ed. M. Colacino. SIF, Bologna. 2004. V. 89. P. 215-227.
22. Кадыгров Е.Н., Колдаев А.В., Миллер Е.А., Соколов В.В., Хайкин М.Н. Исследование неоднородности острова тепла в г. Нижний Новгород с помощью мобильного дистанционного измерителя профилей температуры атмосферы // Метеорол. и гидрол. 2007. № 2. C. 54-66.
23. Kadygrov E.N., Agapov Yu.V., Folomeev V.V., Granberg I.G., Shaposhnikov A.N., Vorobyеva E.A. Observations of the feature of the atmospheric boundary layer thermal regime at the arid area in a hot season // Proc. WMO Tech. Confer. "On meteorological and environmental instruments and methods of observation (TECO-2008)". St. Petersburg, November 2008. Report N 96. WMO/TD N 1462. P. 1-8.
24. Khaikine M.N., Kuznetsova I.N., Kadygrov E.N., Miller E.A. Investigation of thermal-spatial parameters of an urban heat island on the basis of passive microwave remote sensing // Theor. and Appl. Climatol. 2006. V. 84. N 1-3. P. 161-169.
25. Хайкин М.Н., Кадыгров Е.Н., Кузнецова И.Н. Влияние высокой концентрации аэрозоля на термическую структуру пограничного слоя атмосферы // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2006. Т. 42. № 6. С 778-784.
26. Kadygrov E.N. Operational aspects of different ground-based remote sensing observing techniques for vertical profiling of temperature, wind, humidity and cloud structure: a review. WMO, 2006. IOM Report N 89. WMO/TD N 1309. Geneva, Switzerland. P. 1-34.
27. Горчаков Г.И., Кадыгров Е.Н., Исаков А.А., Карпов А.В., Миллер Е.А. Влияние солнечного затмения на термическую стратификацию и режим турбулентности // Докл. РАН. 2007. Т. 417. № 1. C. 90-93.
28. Воробьева А.А., Кадыгров Е.Н., Миллер Е.А., Троицкий А.В., Фоломеев В.В. Исследование термодинамических характеристик атмосферного пограничного слоя в горной местности // Тезисы докл. XV рабочей группы "Аэрозоли Сибири". Томск, 2008. C. 73.
29. Кадыгров Е.Н. Микроволновая радиометрия атмосферного пограничного слоя // Тезисы докл. XV рабочей группы "Аэрозоли Сибири". Томск, 2008. C. 72.
30. Rotach M.W., Calanca P., Graziani G., Gurtz J., Steyn D., Vogt R., Andretta M., Christen A., Cieslik S., Connolly R., De Wekker S., Galmarini S., Kadygrov E.N., Kadygrov V.N., Miller E.A., Neininger B., Rucker M., Van Gorsel E., Weber H., Weiss A., Zappa M. Turbulence structure and exchange processes in an alpine valley: The Riviera Project // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 2004. V. 85. N 9. P. 1367-1385.
31. Кадыгров Е.Н., Колдаев А.В., Миллер Е.А., Миронов А.Ф., Некрасов В.В., Фоломеев В.В., Шапошников А.Н., Хайкин М.Н. Сканирующий радиометрический комплекс для измерения профилей температуры атмосферного пограничного слоя // Тр. XXII Всерос. научн. конф. "Распространение радиоволн" (РРВ-22). 2008. Ростов-на-Дону, п. Лоо. Т. III. C. 43-45.