Том 32, номер 09, статья № 2

Аннотация:

Представлен обзор основных результатов работ ИОА СО РАН по созданию лидарных методов и средств исследования атмосферной турбулентности, выполненных за последние пять лет.

Ключевые слова:

доплеровский ветровой лидар, лидар для измерения интенсивности оптической турбулентности

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Henderson S.W., Suni P.J.M., Hale C.P., Hannon S.M., Magee J.R., Bruns D.L., Yuen E.H. Coherent laser radar at 2 mm using solid-state lasers // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1993. V. 31, N 1. P. 4–15.
2. Cariou J.-P., Thobois L., Spenser P. From Windcube #0001 to Windbube#1000: Doppler lidar as a mature technology // 19 Coherent Laser Radar Conf. 18–21 June 2018, Okinawa, Japan. P. 404–407.
3. Андреев М., Васильев Д., Пенкин М., Смоленцев С., Борейшо А., Клочков Д., Коняев М., Орлов А., Чугреев А. Когерентные допплеровские лидары для мониторинга ветровой обстановки // Фотоника. 2014. № 6/48. С. 20–28.
4. Hogan R.J., Grant A.L.M., Illingworth A.J., Pearson G.N., O’Connor E.J. Vertical velocity variance and skewness in clear and cloud-topped boundary layers as revealed by Doppler lidar // Q. J. Roy. Meteorol. Soc. 2009. V. 135, N 4. P. 635–643.
5. Barlow J.F., Dunbar T.M., Nemitz E.G., Wood C.R., Gallagher M.W., Davies F., O’Connor E., Harrison R.M. Boundary layer dynamics over London, UK, as observed using Doppler lidar during REPARTEE-II // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 3. P. 2111–2125.
6. Huang M., Gao Z., Miao S., Chen F., Lemone M.A., Li J., Hu F., Wang L. Estimate of boundary-layer depth over Beijing, China, using Doppler lidar data during SURF-2015 // Bound.-Lay. Meteorol. 2017. V. 162, N 9. P. 503–522.
7. Pichugina Y.L., Banta R.M. Stable boundary layer depth from high-resolution measurements of the mean wind profile // J. Appl. Meteorol. Climatol. 2010. V. 49, N 1. P. 20–35.
8. Bonin T.A., Carroll B.J., Hardesty R.M., Brewer W.A., Hajny K., Salmon O.E., Shepson P.B. Doppler lidar observation of the mixing height in Indianapolis using an automated composite fuzzy logic approach // J. Atmos. Ocean. Technol. 2018. V. 35, N 3. P. 915–935.
9. Banakh V.A., Smalikho I.N. Coherent Doppler wind lidars in a turbulent atmosphere. Boston, London: Artech House, 2013. 248 p.
10. Sathe A., Mann J. A review of turbulence measurements using ground-based wind lidars // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6. P. 3147–3167.
11. Fuertes F.C., Iungo G.V., Porté-Agel F. 3D turbulence measurements using three synchronous wind lidars: Validation against sonic anemometry // J. Atmos. Ocean. Technol. 2014. V. 31. P. 1549–1556.
12. Sathe A., Mann J., Vasiljevic N., Lea G. A six-beam method to measure turbulence statistics using ground-based wind lidars // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 729–740.
13. Smalikho I.N., Banakh V.A. Measurements of wind turbulence parameters by a conically scanning coherent Doppler lidar in the atmospheric boundary layer // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10. P. 4191–4208.
14. Banakh V.A., Smalikho I.N., Falits A.V. Estimation of the turbulence energy dissipation rate in the atmospheric boundary layer from measurements of the radial wind velocity by micropulse coherent Doppler lidar // Opt. Express. 2017. V. 25, N 19. P. 22679–22692.
15. Bonin T.A., Choukulkar A., Brewer W.A., Sandberg S.P., Weickmann A.M., Pichugina Y., Banta R.M., Oncley S.P., Wolfe D.E. Evaluation of Turbulence Measurement Techniques from a Single Doppler Lidar // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10. P. 3021–3039.
16. Newman J.F., Clifton A. An error reduction algorithm to improve lidar turbulence estimates for wind energy // Wind Energ. Sci. 2017. V. 2. P. 77–95.
17. Banakh V.A., Smalikho I.N. Lidar studies of wind turbulence in the stable atmospheric boundary layer // Remote Sens. 2018. V. 10. P. 1219.
18. Bodini N., Lundquist J.K., Newsom R.K. Estimation of turbulence dissipation rate and its variability from sonic anemometer and wind Doppler lidar during the XPIA field campaign // Atmos. Meas. Tech. 2018. V. 11. P. 4291–4308.
19. Смалихо И.Н., Банах В.А. Точность оценивания скорости диссипации энергии турбулентности из измерений ветра импульсным когерентным доплеровским лидаром при коническом сканировании зондирующим пучком. Часть I. Алгоритм обработки лидарных данных // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 3. С. 213–219; Smalikho I.N., Banakh V.A. Accuracy of estimation of the turbulent energy dissipation rate from wind measurements with a conically scanning pulsed coherent doppler lidar. Part I. Algorithm of data processing // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 5. P. 404–410.
20. Смалихо И.Н., Банах В.А., Фалиц А.В., Руди Ю.А. Определение скорости диссипации энергии турбулентности из данных, измеренных лидаром Stream Line в приземном слое атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 10. С. 901–905.
21. Банах В.А., Смалихо И.Н. Измерение ветра в пограничном слое атмосферы микроимпульсными когерентными доплеровскими лидарами // Оптика и спектроскоп. 2016. Т. 121, № 1. С. 164–171.
22. Смалихо И.Н., Банах В.А., Фалиц А.В. Лидарные из­мерения параметров ветровой турбулентности в пограничном слое атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 4. С. 342–349.
23. Смалихо И.Н., Банах В.А., Фалиц А.В. Лидарные исследования ветровой турбулентности при наличии в атмосфере низкоуровневого струйного течения // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 9. С. 716–724.
24. Stephan A., Wildmann N., Смалихо И.Н. Измерения параметров ветровой турбулентности лидаром Wind­cube 200s в пограничном слое атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 10. С. 815–820.
25. Банах В.А., Надеев А.И., Разенков И.А., Смалихо И.Н., Фалиц А.В., Шерстобитов А.М. Результаты тестирования импульсного когерентного доплеровского лидара, созданного в ИОА СО РАН // XXV Междунар. симпоз. «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы». Новосибирск, 2019 г. (в печати).
26. Беленький М.С., Бороноев В.В., Гомбоев Н.Ц., Миронов В.Л. Оптическое зондирование атмосферной турбулентности. Новосибирск: Наука, 1986. 92 с.
27. Zilbermen A., Kopeika N.S. Lidar measurements of atmospheric turbulence profiles // Proc. SPIE XVI Free Space Laser Commun. Technol. Bellingham. 2004. V. 5338. P. 288–297.
28. Гурвич А.С. Лидарное зондирование турбулентности на основе эффекта усиления обратного рассеяния // Изв. РАН. Физика атмосф. и океана. 2012. Т. 48, № 6. С. 655–665.
29. Лидар: Пат. 116245. Россия, МПК8, G 01 S 17/88. Гурвич А.С.; Учреждение РАН Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН. № 2011150933/28; Заявл. 15.12.2011; Опубл. 20.05.2012. Бюл. № 14.
30. Виноградов А.Г., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Эффект усиления обратного рассеяния на телах, помещенных в среду со случайными неоднородностями // Изв. вузов. Радиофизика. 1973. Т. 16, № 7. С. 1064–1070.
31. Banakh V.A., Razenkov I.A., Smalikho I.N. Laser echo signal amplification in a turbulent atmosphere // Appl. Opt. 2015. V. 54, N 24. P. 7301–7307.
32. Банах В.А., Разенков И.А., Смалихо И.Н. Аэрозольный лидар для исследования усиления обратного атмосферного рассеяния. I. Компьютерное моделирование // Оптика атмосф. океана. 2015. Т. 28, № 1. С. 5–11.
33 Банах В.А., Разенков И.А. Аэрозольный лидар для исследования усиления обратного атмосферного рассеяния. II. Конструкция и эксперимент // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 02. С. 113–119.
34. Vrancken P., Wirth M., Ehret G., Barny H., Rondeau P., Veerman H. Airborne forward-pointing UV Rayleigh lidar for remote clear air turbulence detection: System design and performance // Appl. Opt. 2016. V. 55, N 32. P. 9314–9328.
35. Hauchecorne A., Cot Ch., Dalaudier F., Porteneuve J., Gaudo T., Wilson R., Cénac C., Laqui Ch., Keckhut P., Perrin J.-M., Dolfi A., Cézard N., Lombard L., Besson C. Tentative detection of clear-air turbulence using a ground-based Rayleigh lidar // Appl. Opt. 2016. V. 55, N 13. P. 3420–3428.
36. Колмогоров А.Н. Локальная структура турбулентности в несжимаемой вязкой жидкости при очень больших числах Рейнольдса // Докл. АН СССР. 1941. Т. 30, № 4. С. 299–303.
37. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. Часть 2. М.: Наука, 1967. 720 с.
38. Бызова Н.Л., Иванов В.Н., Гаргер Е.К. Турбулентность в пограничном слое атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 263 с.
39. Ламли Дж., Пановский Г. Структура атмосферной турбулентности. М.: Мир, 1966. 264 с.
40. Banta R.M., Newsom R.K., Lundquist J.K., Pichugina Y.L., Coulter R.L., Mahrt L. Nocturnal low-level jet characteristics over Kansas during CASES-99 // Bound.-Lay. Meteorol. 2002. V. 105. P. 221–252.
41. Banta R.M., Pichugina Y.L., Brewer W.A. Turbulent velocity-variance profiles in the stable boundary layer generated by a nocturnal low-level jet // J. Atmos. Sci. 2006. V. 63 P. 2700–2719.
42. Banta R.M., Pichugina Y.L., Newsom R.K. Relationship between low-level jet properties and turbulence kinetic energy in the nocturnal stable boundary layer // J. Atmos. Sci. 2003. V. 60 P. 2549–2555.
43. Newsom R.K., Banta R.M. Shear-flow instability in the stable nocturnal boundary layer as observed by Doppler lidar during CASES-99 // J. Atmos. Sci. 2003. V. 60, N 1. P. 16–33.
44. Pichugina Y.L., Banta R.M., Kelley N.D., Brewer W.A. Nocturnal boundary layer height estimate from Doppler lidar measurements // Proc. 18th Symp. on Bound.-Lay. and Turbulence. Stockholm, Sweden, June 2008. 7B.6.
45. Eberhard W.L., Cupp R.E., Healy K.R. Doppler lidar measurement of profiles of turbulence and momentum flux // J. Atmos. Ocean. Technol. 1989. V. 6. P. 809–819.
46. von Kàrmàn T. Progress in the statistical theory of turbulence // Proc. Nat. Acad. Sci. 1948. V. 34, N 11. P. 530–539.
47. Винниченко Н.К., Пинус Н.З., Шметер С.М., Шур Г.Н. Турбулентность в свободной атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1976, 336 с.
48. Банах В.А., Смалихо И.Н. Оценивание скорости диссипации турбулентной энергии в пограничном слое атмосферы из измерений радиальной скорости ветра микроимпульсными когерентными доплеровскими лидарами. Часть I. Численный анализ // Оптика атмосф. океана. 2017. Т. 30, № 8. С. 631–637.
49. Банах В.А., Смалихо И.Н., Фалиц А.В. Оценивание скорости диссипации турбулентной энергии в пограничном слое атмосферы из измерений радиальной скорости ветра микроимпульсными когерентными доплеровскими лидарами. Часть II. Эксперимент // Оптика атмосф. океана. 2017. Т. 30, № 8. С. 638–643.
50. Banakh V.A., Smalikho I.N. Lidar observations of atmospheric internal waves in the boundary layer of atmosphere on the coast of Lake Baikal // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9, N 10. P. 5239–5248.
51. Pearson G.N., Facock J., Olsson F. A 1.5 mkm coherent pulsed Doppler lidar using fibre-optics components // Proc. 11th Coherent Laser Radar Conf. 1–6th July 2001. Malvern, Worcestershire. P. 144–146.
52. Pierson G., Davies F., Collier C. An analysis of performance of the UFAM pulsed Doppler lidar for the observing the boundary layer // J. Atmos. Ocean. Tech. 2009. V. 26, N 2. P. 240–250.
53. Banakh V.A., Razenkov I.A. Refractive turbulence strength estimation based on the laser echo signal amplification effect // Opt. Lett. 2016. V. 41, N 19. P. 4429–4432.
54. Банах В.А., Разенков И.А. Лидарные измерения усиления обратного атмосферного рассеяния // Оптика и спектроскоп. 2016. Т. 120, № 2. C. 339–348.
55. Банах В.А., Миронов В.Л. Локационное распространение лазерного излучения в турбулентной атмосфере. Наука, 1986. 173 с.
56. Смалихо И.Н. Расчет коэффициента усиления обратного рассеяния лазерного излучения, распространяющегося в турбулентной атмосфере, с использованием численного моделирования // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 9. С. 796–800; Smalikho I.N. Calculation of the backscatter amplification coefficient of laser radiation propagating in a turbulent atmosphere using numerical simulation // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 2. P. 135–139.
57. Банах В.А. Усиление средней мощности обратно рассеянного в атмосфере излучения в режиме сильной оптической турбулентности // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 10. С. 857–862.
58. Банах В.А., Фалиц А.В., Залозная И.В. Влияние пространственной ограниченности лазерного пучка на эффект усиления обратного рассеяния в турбулентной атмосфере // XXV Междунар. симпоз. «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы». Новосибирск. 2019 г. (в печати).
59. Банах В.А., Герасимова Л.О., Залозная И.В., Фалиц А.В. Усиление лидарного сигнала в режиме сильной оптической турбулентности // Оптика атмосф. океана. 2018. Т. 31, № 8. С. 609–615; Banakh V.A., Gerasimova L.O., Zaloznaya I.V., Falits A.V. Lidar signal amplification in a turbulent atmosphere under strong optical scintillations // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 1. P. 1–7.
60. Банах В.А., Фалиц А.В. Численный анализ проявления эффекта усиления обратного рассеяния в зависимости от интенсивности оптической турбулентности // XXV Междунар. симпоз. «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы», Новосибирск, 2019 г. (в печати).