Метод радиометеорных измерений скорости ветра

Литература

1. Сафонов Е. Н., Алмаев Р. Х., Плотников И. Г. Новые технологии воздействия на пласт осадкогелеобразующими реагентами // Тезисы докл. IX Международного Конгресса «Новые высокие технологии для нефтяной и нефтехимической промышленности». Уфа, 1999.

2. Алмаев Р. Х Научные основы и практика применения водоизолирующих нефтевытесняющих химреагентов на обводненных месторождениях: Докторская диссертация. М.: ВНИИ им. ак. А. П. Крылова, 1994.

3. Алтунина А. К. Опыт применения неорганических гелеобразующих составов для увеличения нефтеотдачи пластов // Нефть России, 1998. № 8. С. 30-35.

4. Алтунина Л. К., Кувшинов В. А. Неорганические гели для увеличения нефтеотдачи неоднородных пластов с высокой температурой // Нефт. хоз-во, 1995. № 4. С. 36-38.

5. Алтунина Л. К., Кувшинов В. А. и др. Повышение нефтеотдачи системами, генерирующими в пласте гель и С02 при тепловом воздействии // Нефт. хоз-во, 1994. № 4. С. 45-48.

Метод радиометеорных измерений скорости ветра

1 2 3

Гайнуллин Р. Ф. , Яруллина М. Е. , Меликов Я. О.

1Гайнуллин Ренат Фаязович / Gaynullin RenatFayazovich - студент;

2Яруллина Маргарита Евгеньевна / Yarullina Margarita Evgenievna - студент;

3Меликов Ярослав Олегович /Melikov Yaroslav Olegovich - студент, Зеленодольский институт машиностроения и информационных технологий (филиал) Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева, г. Зеленодольск

Аннотация: в данной статье рассмотрена проблема систематического изучения закономерностей и особенностей пространственно-временной структуры поля ветра на высотах до 110 км радиоактивными методами. Описан принцип измерения скорости дрейфа метеорных следов. На основе данных рядов скоростей ветра в нижней части ионосферы (D-слой), в метеорной зоне (80-110 км), был построен график горизонтальной скорости северного ветра и приведена линия тренда - результат аппроксимации полиномом 6-й степени. Исходные значения геофизических параметров для каждого индивидуального метеора дают возможность в прогнозировании погоды, исследовании природных явлений, и многие другие возможности, которые могут не только помочь лучше понимать природные закономерности, но и предотвратить возможные человеческие жертвы, которых можно было избежать.

Ключевые слова: радиометеорные измерения, скорость ветра, радиолокационные наблюдения, метеор.

В 1964 г. сотрудники Проблемной радиоастрономической лаборатории

при Казанском университете (руководитель_В. В. Сидоров) начали изучение

динамики метеорной зоны методом D2 в Казани, где в 1964— 1965 гг. был выполнен годичный цикл измерений ветра [1], а в 1969 г. проведены полугодовые непрерывные наблюдения [2]. В ПРАЛ с помощью метода D2 получены интересные результаты исследований турбулентных движений воздушных масс метеорной зоны.

В Казани организованы комплексные радиометеорные измерения в период 1978-1990 гг., разработаны методики и алгоритмы вычислений угловых координат, высот, параметров геофизических процессов в целях установления их высотных и временных закономерностей; осуществлены анализ, интерпретация и обобщение полученных результатов; заложены основы экспериментальной базы

данных для построения климатических норм высотных структур, преобладающих волновых движений в широком интервале временных масштабов от ВГВ до сезонных вариаций на высотах нижней термосферы; созданы региональные эмпирические модели высотных и сезонных вариаций преобладающих, приливных, нерегулярных, крупномасштабных вертикальных движений; сформулированы научные выводы положения [3].

Основным средством получения систематических данных о движении воздушных масс на высоте И = 80-100 км, являются радиолокационные наблюдения дрейфа метеорных следов. В данной работе использованы ряды скорости ветра в нижней части ионосферы (Б-слой), в метеорной зоне (80-110 км), любезно предоставленные Р. А. Ишмуратовым и А. Н. Фахрутдиновой [4].

Б-слой ионосферы состоит преимущественно из газов, метеорного вещества, космической пыли, солнечных корпускул. Метеорная частица влетает в атмосферу земли, оставляя позади себя ионизированный след. Такие метеорные следы отклоняются ветровыми движениями, скорость и направление движения метеорных следов и воздушных масс совпадают. Ветер в метеорной зоне горизонтален с точностью до нескольких градусов. Ионизированный метеорный след способен отражать радиоволны метрового диапазона. Принцип измерения скорости дрейфа метеорных следов состоит в определении доплеровского смещения частоты метеорного радиоэха относительно опорной частоты локатора. Особенностью радиометеорных измерений скорости ветра является получение статистически устойчивых параметров ветровых движений путём усреднения по большому массиву измерений. Данные скорости ветра получены по измерениям дрейфа метеорных следов азимутальным радиолокационным методом. В файлах данных записаны исходные значения геофизических параметров для каждого индивидуального метеора (эпоха, горизонтальная скорость ветра, высота и угловые координаты). Выбирались периоды наблюдения ветра в одном направлении. Для исследования была важной лишь горизонтальная скорость ветра (м/с) VG=VR/sin(Z), где УЯ - радиальная проекция скорости ветра, Z - зенитный угол; скорость положительна, если направлена на север или восток.

Способность ионизированных метеорных следов рассеивать электромагнитные волны используется для исследований с помощью радиолокационной техники как характеристик самих метеорных следов и порождающих их метеорных тел, так и динамических процессов, диффузии и других свойств атмосферы в интервале высот 80 - 100 км. После образования ионизированного метеорного следа концентрация заряженных частиц в нем с течением времени убывает. До тех пор пока число электронов в следе не ниже некоторой критической для данной частоты величины, рассеянные им радиоволны могут создавать на входе приемника радиолокационной станции напряженность поля, достаточную для обнаружения метеорного радиоэхо. Время «радиожизни» основной массы ионизированных метеорных следов составляет сотые—десятые доли секунды. За это время метеорные следы под действием окружающих их движущихся воздушных масс перемещаются на некоторое расстояние. Основной вклад в образование метеорного радиоэха дает участок следа, расположенный в окрестностях точки зеркального отражения, протяженность которого равна размеру 14 первой зоны Френеля.

Измерение скоростей движущихся объектов станциями основано на сравнении частот излучаемых и принимаемых сигналов, которые отличаются на величину допплеровского сдвига частоты fg = ±2 V г/К где vr — радиальная составляющая скорости движения цели относительно наблюдателя. Измерения радиальных скоростей дрейфа метеорных следов сводится к определению допплеровских сдвигов частоты. Эти измерения могут осуществляться с помощью метеорных радиолокационных станций (МРЛС), работающих либо в непрерывно-когерентном, либо в импульсно-когерентном режиме. В импульсных МРЛС используются широкополосные, и следовательно, обладающие низкой чувствительностью приемники. Потеря

97

чувствительности в данном случае компенсируется применением передающих устройств с относительно большими импульсными мощностями. Для выделения допплеровских биений передающие устройства должны, быть достаточно высокостабильными по частоте. Повышение чувствительности радиолокаторов непрерывного излучения достигается за счет сужения полос пропускания приемников. Когерентные МРЛС получили гораздо большее распространение, чем непрерывно -когерентные. Это обусловлено двумя существенными недостатками, свойственными радиолокаторам непрерывного излучения, а именно: а) необходимостью разноса приемника и передатчика на расстояние, достаточное для исключения приема прямого сигнала, что, естественно, вызывает определенные трудности при эксплуатации станции; б) сложностью подавления отражений от самолетов и других летательных аппаратов. Время, в течение которого радиолокатор «ослеплен» отражениями от самолетов, может достигать 20—50% общего времени наблюдений. Специфичность ионизированных метеорных следов, как радиолокационных целей, требует создания для исследования режима ветра по отражаемым от них сигналам специальных радиолокационных станций. Одной из основных характеристик таких станций является достаточно высокая для получения достоверных оценок компонентов ветра статистическая обеспеченность результатов измерений. При разработке радиометеорных станций и выборе их параметров обычно стремятся находить компромиссное решение между стоимостью и требованиями к точности измерений. Ряд факторов, оказывающих влияние на эти показатели, обусловлен рассматриваемыми ниже статистическими характеристиками радиометеоров [5].

В качестве заключения можно отметить, что систематическое изучение закономерностей и особенностей пространственно-временной структуры поля ветра на высотах до 110 км радиометеорными методами является достаточно актуальным и имеет большое научно-прикладное значение. Но это не возможно без непрерывного ведения измерений, занятия мониторингом. Благодаря Казанскому университету, который проводит измерения скорости ветра начиная с 1964 года, у нас есть возможность в прогнозировании погоды, исследовании природных явлений и многие другие возможности, которые могут не только помочь лучше понимать природные закономерности, но и предотвратить возможные человеческие жертвы, которых можно было избежать.

Литература

1. Движения атмосферы на высотах 80— 100 км по радиометеорным наблюдениям в Казани. «Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана», 1967. № 1. С. 3-15. Авт.: Ф. К. Задорина, Г. Б. Покровский, В. В. Сидоров, Г. М. Тептин, А. М. Фахрутдинова.

2. Покровский Г. Б., Тептин Г. М. Некоторые результаты временных и высотных измерений параметров атмосферных движений в метеорной зоне по непрерывным радиометеорным наблюдениям в Казани. В сб.: Метеорное распространение радиоволн. Вып. 10, 11. Казань. Изд-во КГУ, 1975. С. 71-92.

3. Высотно-временная структура нейтрального ветра нижней термосферы и эффекты его взаимодействия с ионосферными явлениями. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://earthpapers.net/vysotno-vremennaya-struktura-neytralnogo-vetra-nizhney-termosfery-i-effekty-ego-vzaimodeystviya-s-ionosfemymi-yavleniyam/ (дата обращения: 16.10.2016).

4. Тюнина С. Г., Ишмуратов Р. А. Исследование динамического хаоса во временных рядах скорости ветра для нижней ионосферы // Естественные и технические науки, 2008. № 1. С. 226-234.

5. Портнягин Ю. И., Шпренгер К. Измерение ветра на высотах 90-100 км наземными методами // Принцип измерения радиальных скоростей дрейфа метеорных следов, 1978. С. 14-16.