Спосіб дистанційного виміру анізотропії турбулентних пульсацій параметрів атмосфери за допомогою зондування

Спосіб дистанційного виміру анізотропії турбулентних пульсацій параметрів атмосфери за допомогою зондування, що включає випромінювання в атмосферу пакета гармонійних звукових коливань у вертикальному напрямку і під деяким кутом від вертикалі одночасно або по черзі з однієї точки на місцевості, прийом розсіяних атмосферними температурними неоднорідностями звукових коливань та перетворення прийнятих звукових коливань в електричні, вимір параметрів ехо-сигналу, зв'язаних з параметрами атмосфери для кожного напрямку через однаковий з моменту випромінювання час, що відповідає однаковій дальності прийому, який відрізняється тим, що прийом розсіяних атмосферними температурними неоднорідностями акустичних хвиль здійснюють для всіх напрямків зондування для двох і більш точок n уздовж променя зондування через визначені однакові інтервали часу t , що відповідає однаковим відстаням r між цими точками для кожного напрямку, визначають показник ступеня " a" структурної функції 2 u ur1 ur 2 r a , де: 12 , ur1 і ur 2 величини пульсацій параметра u , обмі 2 3 67663 Винахід відноситься до радіолокаційної метеорології, а саме до акустичних способів виміру параметрів атмосфери, і може бути використаний при складанні радіокліматичних карт і в роботах з контролю забруднення атмосфери. Відомий спосіб виміру анізотропії інтенсивності температурних пульсацій атмосфери [Chen Jen Juon, Li Shinning, Ju Naiping, 1984; The Cn2 measurements by Sodar and Contact method. // Dase KESUE,Sci atms. Sen. V.8, №2, P.153] на підставі порівняння структурної характеристики флуктуацій показника заломлення звукових хвиль CN2, отриманої на підставі вимірюваних амплітуд акустичних ехо-сигналів вертикально спрямованим содаром, розташованим у основи метеорологічної вишки, зі структурною характеристикою температурних флуктуацій CN2, отриманої на підставі вимірюваних за допомогою двохточкового термометра з горизонтальною базою 1м, розташованого на метеорологічній вишці на висоті близько 80м, причому порівнювалися значення структурних характеристик, отриманих на підставі содарних вимірів і за допомогою двохточкового термометра з горизонтальною базою, для однієї і тієї ж висоти, на якій розташовувався двохточковий термометр із горизонтальною базою. Коефіцієнт анізотропії Ка у цьому випадку визначається як Ка С2 N C2 (1) Недоліком такого способу є те, що він не є чисто дистанційним, оскільки для його здійснення потрібно застосування метеорологічної вишки поряд із содаром. Найближчим за технічною сутністю до заявленого є спосіб дистанційного виміру анізотропії інтенсивності температурних пульсацій атмосфери за допомогою акустичного зондування [Дєлов І.Α., Сліпченко М.І. Спосіб дистанційного виміру анізотропії інтенсивності температурних пульсацій атмосфери за допомогою акустичного зондування. Декларац. патент України №46519А МПК GOIS13/95 публ. 15.05.2002 Бюл. №5], що включає випромінювання в атмосферу пакета гармонійних коливань звуку у вертикальному напрямку і під деяким кутом від вертикалі чи одночасно по черзі з однієї точки на місцевості, прийом розсіяних температурними неоднорідностями акустичних хвиль, перетворення прийнятих звукових коливань в електричні, вимір амплітуди ехо-сигналу для кожного напрямку через однаковий з моменту випромінювання час, що відповідає однаковій дальності прийому, визначення за формулою коефіцієнта анізотропії Ка як відношення амплітуди акустичного ехо-сигналу, знайденого для вертикального напрямку АrB, до амплітуди акустичного ехосигналу, знайденого для горизонтального напрямку АrГ, причому величина АrГ визначається графіч 4 но шляхом апроксимації залежності Ar=f(lg ) до перетинання її з віссю lgAr при значеннях =90°. Недоліком такого способу є те, що вимір коефіцієнта анізотропії температурних пульсацій ведеться тільки для одного розміру неоднорідностей, обумовленого співвідношенням l , де - дов2 жина випромінюваної звукової хвилі. В основу винаходу способу дистанційного виміру анізотропії турбулентних пульсацій параметрів атмосфери за допомогою зондування поставлена задача шляхом випромінювання в атмосферу пакета гармонійних коливань звуку у вертикальному напрямку і під деяким кутом від вертикалі, чи одночасно по черзі з однієї точки на місцевості, прийом розсіяних атмосферними неоднорідностями акустичних хвиль, перетворення прийнятих звукових коливань в електричні, вимір характеристик ехо-сигналу, зв'язаних з параметрами атмосфери (амплітуди, частоти Доплера, фази й ін.) для кожного напрямку, визначення коефіцієнта анізотропії забезпечити вимір коефіцієнта анізотропії турбулентних атмосферних неоднорідностей для цілого спектра розмірів неоднорідностей, а не для одного розміру неоднорідностей, як це робиться у відомому способі. Ця задача вирішена в такий спосіб. У способі дистанційного виміру анізотропії інтенсивності температурних пульсацій атмосфери за допомогою акустичного зондування атмосфери, що полягає у випромінюванні в атмосферу пакета гармонійних коливань звуку у вертикальному та в інших відмінних за кутом місця напрямках чи одночасно по черзі з однієї точки на місцевості, прийомі розсіяних температурними неоднорідностями акустичних хвиль, перетворенні прийнятих звукових коливань в електричні, вимірі характеристик ехосигналу (амплітуди, частоти Доплера, фази й ін.) для кожного напрямку через однаковий з моменту випромінювання час, що відповідає однаковій дальності прийому, визначенні коефіцієнта анізотропії, відповідно до винаходу здійснюють прийом розсіяних температурними неоднорідностями акустичних хвиль для всіх напрямків зондування не для однієї точки для кожного напрямку, а для двох і більш точок n вздовж променя зондування через визначені однакові інтервали часу t, що відповідає однаковим відстаням r між цими точками для кожного напрямку, визначають показник ступеня 2 2 ur1 ur 2 ra , «а» структурної функції u 1,2 де ur1 і ur2 величини пульсацій параметра i, обмірюваних у точках r1 і r2, що відстоять одна від одної на відстані r1,2, причому величину «а» визна2 lg u ' чають за формулою a , а величини ur1 і lg r1,2 ' ur 2 визначають за формулою ucp-uвим (де ucp середньоарифметичне значення обмірюваної за визначений інтервал часу величини й у даній точці 5 67663 6 rn, uвим - обмірювана величина параметра атмосu2Г 2 фери й у точках r1 і r2), будують залежності показа для розмірів вихрів r2 величина K r 2 . ника ступеня структурної функції «a» від кута зонu2В2 дування («а»=f( )), шляхом апроксимації Як випливає з графіків Фіг.2, величина отриманої залежності «a»=f( ) визначають велиKar1=1,892, а Kar1=1,144, тобто зі зменшенням розчину «a» для вертикального напрямку (тобто при міру неоднорідності коефіцієнт анізотропії росте. =0°) і горизонтального (тобто при =90°), будуЗнайдемо так само коефіцієнт анізотропії для ють на одному рисунку отримані структурні функції горизонтальної структурної функції (a=2/3) і для 2 вертикальної, у якої показник ступеня а2/3 і а32/3 висоті h (чи дальності R) h1=tc, (2), в іншому - величина а32/3 кутом n і також ведеться реєстрація параметрів (а=4/3), а для горизонтального величина а=2/3, ехо-сигналів протягом 2-3 хвилин. для значень r1 і r2. Для розмірів вихрів r1 коеПотім за допомогою ЕОМ знаходимо: середні значення параметрів ехо-сигналів і параметрів u2Г1 фіцієнт анізотропії дорівнюватиме K r1 , атмосфери, зв'язаних з ними, величину пульсацій u2В1 для кожної точки на промені, для яких обмірювані параметри ехо-сигналу, і за формулою a 7 67663 8 ваного способу, функціональна схема якого пред2 lg u2 визначаємо показник ступеня структуставлена на Фіг.3, що містить акустичну антену 1, lg r1,2 підключену до виходу акустичного випромінювача рної функції для одного чи декількох ділянок r уздовж променя зондування, причому u22 ви2 2 ur1 ur 2 , де ur1 і ur2 зназначається як u1 чення пульсаційних величин обмірюваного параметра атмосфери у точках r1 і r2, а r1,2 - відстань між цими точками, що дорівнює tc. Потім знаходиться залежність знайдених значень показника ступеня структурної функції «а» від напрямку зондування «a»=f( ) і шляхом апроксимації отриманої залежності визначають величину «а» для вертикального напрямку (тобто при =0°) і горизонтального (тобто при =90°). Оскільки в нашому конкретному випадку ми вели виміри у вертикальному напрямку (тобто при =0°) і відмінному від вертикалі напрямку ( n), то ми визначаємо показник ступеня структурної функції тільки для горизонтального напрямку (тобто для =90°), тому що для вертикального напрямку він нам відомий. Потім будуємо на одному рисунку отримані струк2 f r для вертикального і горитурні функції u зонтального напрямку і визначаємо коефіцієнт u'B анізотропії за цими графіками Ka для всьоu'Г го спектра розмірів неоднорідностей r, де виконується закон структурних функцій для вертикального і горизонтального напрямку. Величини u'В і u'Г знаходяться з графіків, побудованих на одному рисунку, структурних функцій для вертикального і горизонтального напрямку для того самого зна uB2 , u'Г uГ 2 . чення r і визначаються як u'B Потім для знайдених величин K для кожного значення r ми можемо побудувати залежність коефіцієнта анізотропії від розміру неоднорідності r і визначити закон зміни анізотропії зі зміною розміру неоднорідності. Розглянемо пристрій для реалізації пропоно 2, входом підключеного до виходу синхронізатора 4; акустичний приймач 3, входом приєднаний до антени 1, а виходом до реєстратора характеристик ехо-сигналів (амплітуди, частоти Доплера, фази й інших характеристик ехо-сигналів) 5, виходом підключений до ЕОМ 6; ЕОМ 6, підключена до входу синхронізатора 4; синхронізатор 4, виходом підключений до антени 1, акустичному випромінювачу 2, реєстратору характеристик ехо-сигналів 5. Робота пристрою. За сигналом з ЕОМ 6 акустичний випромінювач 2 випромінює через антену 1 у заданому напрямку пакет акустичних хвиль через заданий час t1, t2=t1+ t, , t3=t1+2 t,...,tn=t1+n t, прийняті акустичним приймачем 3 акустичні ехосигнали надходять на реєстратор характеристик ехо-сигналів 5, з виходу якого обмірювані характеристики ехо-сигналів (амплітуда, частота Доплера, фаза й ін.) надходять на ЕОМ 6, де за заданою програмою обчислюються значення показників ступеня структурних функцій для різних кутів зондування, за ними визначаються потім показники ступеня структурних функцій для вертикального і горизонтального напрямку, а вже за ними потім обчислюється коефіцієнт анізотропії для різних значень неоднорідностей r у заданому інтервалі спектра неоднорідностей і за знайденим значенням величини коефіцієнта анізотропії для різних розмірів неоднорідностей знаходяться закон зміни величин Kа від r. Як бачимо, пропонований спосіб підвищує інформативність і розширює його сферу застосовності, що дає можливість використовувати вже отримані раніше структурні функції для визначення за ними коефіцієнта анізотропії для різних інтервалів спектра неоднорідностей і перебування для різних інтервалів спектра закону зміни анізотропії в залежності від розміру неоднорідностей. 9 Комп’ютерна верстка О. Гапоненко 67663 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601