Нефелометрическое зондирование тропосферного аэрозоля в задаче видения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.29, кандидат физико-математических наук Максимюк, Владимир Сильвестрович

• Максимюк, Владимир Сильвестрович
• кандидат физико-математических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Максимюк, Владимир Сильвестрович

Основные символы и обозначения

Введение

Глава 1 Проблемы определения наклонной прозрачности протяженных оптических трасс тропосферы

1.1 Видимость в атмосфере

1.2 Анализ основных физических процессов в атмосфере

1.3 Методология исследования толщины пограничного слоя по 29 признаку переноса субстанции

1.4 Вертикальная структура полей облачности и аэрозольная среда 32 Выводы к главе

Глава 2 Технические средства нефелометрического анализа

2.1 Общие вопросы постановки эксперимента

2.2 Инструментальные аналитические методики

2.3 Принципиальные особенности, достоинства и недостатки нефелометрического метода

2.4 Источники погрешности нефелометрических измерений

2.5 Аргументация достоверности полученных экспериментальных 52 результатов

2.6 Техника градуировки нефелометра

2.7 Многоканальный самолетный нефелометр «Угол» 60 2.7.1 Общие положения

2.7.2 Описание конструкции нефелометра «Угол»

2.7.3 Технические средства градуировки и аттестации нефе- 73 лометра

2.7.4 Проверка условий аспирации исследуемого воздуха

2.8 Погрешности измерений и динамический диапазон нефело- 79 метра

Выводы к главе

Глава 3 Результаты экспериментальных исследований

3.1 Результаты исследований высоты пограничного слоя атмо- 89 сферы

3.2 Оптические характеристики слоя свободной атмосферы

3.3 Верификация фоновой модели вертикального профиля при условиях горизонтальной неоднородности подстилающей поверхности

3.3.1 Структура аэрозольного поля над городом Алма-Ата.

3.3.2 Контроль промышленных выбросов над городом Казань

3.3.3 Пространственная структура оптических характеристик ат- 122 мосферы над неоднородной поверхностью

3.4 Верификация модели вертикального профиля в подспутнико- 130 вом эксперименте

3.5 Вертикальный профиль аэрозоля над акваторией Тихого 132 океана в районе Камчатки.

3.6 Спектральные характеристики аэрозольного светорассеяния

3.6.1 Результаты спектральных исследований в нижней и средней тропосфере

Выводы к главе

Глава 4 Модельные представления оптических характеристик тропосферы

4.1 Схематические представления вертикального профиля аэрол, 155 золя тропосферы

4.2 Динамическая модель оптических характеристик атмосферы

4.3 Погрешности моделирования оптической толщи тропосферы, 160 связанные с точностью определения структуры вертикального профиля.

4.4 Методика определения видимости объектов в условиях 162 слоисто однородной атмосферы по динамической модели

Выводы к главе

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Нефелометрическое зондирование тропосферного аэрозоля в задаче видения»

В современной авиации существует значительное количество задач, решаемых с применением оптико-электронных (телевизионных) систем (ОЭС) по вертикальным и наклонным трассам визирования, работающих в видимой и ИК-областях спектра. Эти устройства должны иметь предельно высокие технические характеристики. Основными характеристиками ОЭС как измерительных устройств являются такие параметры как пороговые значения чувствительности, динамический диапазон, дальность действия и др. В начальной стадии разработки их расчет проводится по теоретическим схемам и модельным исходным данным всех функциональных звеньев цепи: фон, объект, атмосфера, ОЭС, оператор /17,57,154/.

На конечных стадиях разработки достигнутые параметры ОЭС определяются эмпирическим путем на испытательных стендах и в натурных измерениях. Проведение натурных испытаний являются конечной стадией разработки. Они наиболее полно отражают фактическое значение параметров ОЭС, но обычно дают результаты, отягощенные условиями недостаточного контроля потерь оптического излучения в атмосфере, так как наиболее сложной для анализа и поэтому наименее контролируемой характеристикой испытаний является прозрачность наклонной трассы визирования. Влияние атмосферы численно выражается через переменные характеристики яркостного контраста и прозрачности с учётом локально-слоистой стратификации показателя ослабления по трассе визирования.

Атмосферный канал проявляется для всего ансамбля реализаций оптической погоды как случайный, стохастический процесс не стационарный по времени и неоднородный по вертикали. /17, 151/. Однако в рамках суточного цикла и цикла смены воздушных масс синоптического масштаба можно выделить такие границы, в рамках которых будут выполняться условия квазистационарности. К ним можно отнести дневной период суток с максимумом инсоляции и формы кучево-слоистой облачности менее 8 баллов. При этих условиях отличительным признаком модели высотной стратификации атмосферы является горизонтально-однородный слоистый характер метеорологических и оптических величин и функциональная зависимость их только от одного параметра-высоты.

Установление закономерностей, которые формируют стратификацию оптических свойств атмосферы в толще планетарного пограничного слоя (ППС) и слое свободной атмосферы (СА), связано с необходимостью получения количественных результатов измерений концентрации и дисперсного состава аэрозоля на разных высотах тропосферы. Диагностическая аппаратура должна иметь высокую чувствительность и пространственное разрешение, что является одной из важных и трудно решаемых задач. Это связано с ограниченными возможностями существующих средств измерения для контроля малых значений оптических величин и необходимостью вложения существенных материальных и финансовых затрат в разработку и изготовление новых современных средств измерения, которые в нашем случае должны удовлетворять условиям проведения самолётных испытаний. Интересы повышения эффективности измерений предполагают выполнение условий ряда технико-экономических требований, которые включают комплексность используемых средств и методов исследования, достаточных для получения максимума информации с гарантированной достоверностью за непродолжительное время одного полета при сокращении до минимума затрат и всего количества полетов. При этом качество и объём получаемой информации должен быть необходимым и достаточным для анализа и обобщений результатов экспериментальных исследований в решении поставленных задач адекватного диагноза и прогноза оптических характеристик ОЭС.

Из вышеизложенного следует, что актуальными являются оба аспекта интерпретации влияния атмосферного канала на действие ОЭС, а именно модельные типовые схемы представления вертикального профиля оптических свойств атмосферы на начальной стадии разработки, проектирования аппаратуры, и синхронная диагностика состояния окружающей среды на конечной стадии разработки - в процессе проведения натурных испытаний ОЭС. Полученные в последнем случае эмпирические данные должны органично дополнять базу экспериментальных материалов по вариациям высотной структуры оптических параметров атмосферы. С привлечением информации доступных метеорологических величин они могут также служить основой для анализа физических процессов, которые регулируют образование данной структуры формы профиля. Обобщение совокупности результатов измерений, в свою очередь, может проводиться по характерным признакам профиля в целях совершенствования модельных представлений.

В зависимости от поставленных задач исследования принцип осреднения эмпирических данных о прозрачности атмосферы (ПА) обычно производится по ансамблю реализаций, либо по пространству в рамках единичной реализации. В условиях, когда на измеряемую величину ПА влияет ряд независимых величин, для интерпретации конечных результатов анализа обычно привлекают ансамбль вариантов с большим числом стохастических реализаций (испытаний), необходимых для достижения значимой величины точности, как результат осреднения характеристик ОЭС. При этом требуется значительное число независимых реализаций (полетов), что связано с большими затратами (экономическими, техническими, трудовыми). Их сокращение возможно при условии, что испытания проводятся по единичным реализациям (полетам), но с достоверным контролем основных и вспомогательных параметров воздушной среды.

Результаты измерений можно интерпретировать функционально зависимыми величинами, когда они получены при действии основных влияющих факторов. Сложное взаимодействие между ними необходимо выразить в количественной форме. В этом случае целесообразным путём решения задачи диагноза является принцип осреднения результата, когда он получен не по количеству реализаций, а по пространству. Само определение статистической зависимости величин, при этом, предполагает, что существуют предпосылки синхронного действия известных физических процессов в атмосфере (термодинамических, синоптических и др.), как основных, и параллельно действующих на маскирующем фоне неизвестных и второстепенных процессов. Совокупный эффект действия основных процессов реализуют такую ситуацию оптической погоды /56,150/, составные элементы которой взаимосвязаны, и открывают принципиальную возможность установления аналитической связи между элементами внутренней структуры вертикального профиля |xa(h) и действием основных внешних и внутренних факторов и величин их определяющих.

Вертикальный профиль |xa(h) представляется как связная (непрерывная) система переменных параметров. Это положение является основным элементом методологического подхода на разных этапах анализа. А именно: при описании структуры вертикального профиля аэрозоля, при описании параметров ОЭС с контролем характеристик атмосферного канала вдоль трассы визирования, при описании типовых схем (моделей) на основе оптико-физического метода прогноза стратификации для высотного профиля концентрации аэрозоля.

Таким образом, стоит вопрос определения эмпирическим путем степени взаимосвязи метеорологических и оптических величин, как численных значений коэффициентов системы прогностических уравнений. При этом должно приниматься к сведению, что ясна и известна сущность ряда действующих физических процессов атмосферы, но не достаточно точно установлен их механизм действия и интенсивность, элементы которого необходимо определить эмпирически - в количественных проявлениях в виде коэффициентов влияния для уравнений, описывающих структуру схемы профиля. То есть, следует установить ряд формальных уравнений и коэффициентов, чтобы получить важные для практики количественные результаты краткосрочного прогноза оптической погоды в виде инженерных методик. Состояние и краткая история проблемы. Для изучения закономерностей формирования макромасштабных метеорологических и оптических величин реальной воздушной массе с внутренней слоистой структурой стратификации атмосферного аэрозоля необходима постановка специальных оптико-геофизических исследований, как отмечается в целом ряде монографий Розенберга Г.В., Зуева В.Е, Ивлева JI.C., Филиппова В. JI. и др. Отечественные работы данного плана были поставлены в ИФА РАН, ФГУП «НПО ГИПО», ИОА СО РАН, АФИ НАН Казахстана.

Первые систематизированные и регулярные комплексные оптико-геофизические исследования в широкой области длин волн были начаты Филипповым В. JI. под руководством Розенберга Г. В. на Звенигородской научной базе ИФА в конце 70-х годов. Затем были продолжены (Филиппов B.JI, Макаров А.С., Иванов

B.П.) в районе г. Казани и в других климатических зонах с учетом синоптического фактора. Одной из важнейших составляющих этого цикла работ, как специализированной программы «Тропосфера», стали нефелометрические и лидарные исследования с борта самолета-лаборатории проведенные автором совместно с Татьяниным

C.В. и Танташевым М.В. Предметом исследования были пространственные вариации локальных значений объемного показателя рассеяния, jia(h) воздуха на разных высотах h при наличии слоисто-кучевой облачности. Характеристики прозрачности атмосферы вдоль наклонной трассы визирования в пределах тропосферы определяются на основе измерения высотного профиля оптической плотности аэрозоля.

Основной массив самолетных эмпирических данных оптических характеристик фоновой атмосферы получен для Подмосковья и района Мещерского заповедника при средне облачной погоде в дневное время суток, а также над сушей в Крыму, над акваториями Черного моря и Тихого океана, над промышленными центрами (г. Казань и г. Алматы).

Близкие по обозначенной физической проблеме работы были широко развернуты в Восточной Сибири с использованием как стационарных, так и мобильных лидаров, нефелометров, аэрозольных счетчиков сотрудниками ИОА СО РАН (Томск) Панченко М.В., Гришин А.И., Матвиенко Г.Г., Белан Б.Д. и др. /9-12, 38,39, 71,82,112-115,120,140/. Регулярные исследования приземного аэрозоля спектроне-фелометрическими и поляризационными методами выполняют сотрудники ИФА РАН (Москва) Горчаков Г.И., Свириденков М.А, Сидоров В.Н, Исаков А.А и др. /3137,42, 127,128, 131-133/.Многоплановые нефелометрические исследования аэрозоля проводились в АФИ (Алматы) Пясковской-Фесенковой Е.В., Тороповой Т.П., Токаревым О.Д. и др. /54,109,110, 121,142,143/, сотрудником ИПГ (Москва) Смеркаловым В.А. /135,136/, сотрудниками ИЭМ (Обнинск) Гончаровым Н.В., Ковалёвым А.Ф. и др. /29,30,107/.

В развитии нефелометрии необходимо особо отметить фундаментальную роль и значение работ Бартеневой О.Д. /4-7/, где систематизированы индикатрисы рассеяния приземного и приводного слоя атмосферы. Впервые развит нефелометрический метод анализа прозрачности атмосферы под углом наблюдения 45°. Результаты данной работы часто привлекаются отечественными и зарубежными исследователями для сравнительного анализа и верификации (проверки) своих результатов и новых эмпирических данных. Работа /4/ послужила эмпирической базой и методической основой для постановки и проведения комплексного межнационального проекта США и ряда стран Европы в программе «OPAQUE» (Optical Atmospheric Quantities in Europe) по самолетному исследованию индикатрис аэрозольного светорассеяния тропосферы, вертикальной стратификации тропосферного аэрозоля с борта самолета-лаборатории в различных регионах/168/. Указанные исследования характеристик аэрозоля выполнены с помощью модифицированного интегрального нефелометра. Их основные результаты отражены в работах Duntley S. Q., Johnson R. W., Gordon J. I., Charlson R. J. Эти результаты выделены и обобщены группой авторов (Fenn R.W., Shettle Е.Р., Johnson R.W.) /172,178, 138 / в виде известной климатической модели высотного профиля аэрозоля. Данная модель широко применяется, в том числе, в структуре современной версии пакета расчетных программ MODTRAN. К числу недостатков данной модели относится априорно принятое постоянство (статичность) высоты планетарного пограничного слоя hi =2км в различных климатических условиях её применения для баротропной атмосферы. В отечественных разработках изменчивость высоты h2 по модели /45,155/ и модели /115/ параметризуется по температуре планетарного пограничного слоя в масштабе сезонных градаций и внутри сезонных градаций. Поэтому задача более точной параметризация в масштабе многодневного (краткосрочного) детерминированного прогноза, на основе учета температуры по двойному признаку: температуры слоя и градиента температуры является актуальной. Введение дополнительного градиентного признака для описания устойчивости слоя в динамичной региональной модели слоистой структуры аэрозольных профилей бароклинной атмосферы позволяет получить более точные оценки конечных результатов прогноза с учетом изменений барического поля и поля температуры теплых и холодных воздушных масс.

Решение задачи более точной диагностики вертикального профиля концентрации аэрозоля и наклонной прозрачности в настоящей работе реализуется с помощью новой разработанной аппаратуры самолетного базирования, обладающей высокой чувствительностью и пространственным разрешением. Натурные эксперименты проведены по специальной методике с одновременным контролем характеристик видимости и яркости наземных объектов и фона телевизионными средствами, а также наклонной прозрачности атмосферы с помощью нефелометра и лидара. Эта методика позволяет наиболее точно и достоверно выполнить важные для практики измерения разных оптических величин с минимумом априорных допущений. Основой измерительного комплекса является самолетный спектральный нефелометр с углом наблюдения 45°, проточной конструкции открытого типа, в котором достигнуты высокая чувствительность, точность и фотометрический контраст в том числе, при дневных измерениях в предельных условиях «чистого» воздуха в слое свободной атмосферы.

Для определения прозрачности фоновой атмосферы в видимой и ближней ИК-области спектра применяются различные модификации локального нефеломет-рического метода анализа. В отечественной практике обычно и наиболее часто используется схема с геометрией направленного угла наблюдения ф=45°. За рубежом - геометрия интегральной нефелометрии, с охватом диапазона углов Дф = 5°-175°. Схему атмосферного нефелометра 45° впервые в 1940г разработал сотрудник ГОИ Ритынь Н.Э. эвристическим путём, исходя из удобства его конструкции /125/. Обоснование данного индикатрисного метода анализа получено позднее в работах Пяс-ковской-Фесенковой Е.В./121/ и Бартеневой О.Д /5/. Успешные испытания визуального нефелометра Ритыня Н.Э. проведены в летний период 1942года в приземном слое, а затем этот нефелометр использовался для измерения прозрачности атмосферы в морских условиях/126/. Данный прибор, по сути, является прямым аналогом всех последующих конструкций данного типа KOJI-45, ФЭН-58, ФАН. Развитого затем в современных работах Аднашкина В.Н., Гончарова Н.В., Сидорова В.Н., Монастырского В.Г. и др. Конструкция другого нефелометра, интегрального типа, впервые описана Waldram J.M. (1945г), Beuttell R.G., Brewer A.M. (1949), развита в работах Charlson R.J. е. а. Известны спектронефелометрические измерения фонового и антропогенного аэрозоля Ahlquist N. С., Charlson R.J.(1968). Регулярные самолетные нефелометрические исследования проведены в работах Duntley S. Q. (1958, 1964), Ahlquist N. С., Charlson RJ.(1967) Gordon J.I., Johnson R.W.(1985). Важные данные получены с использованием модифицированного варианта схемы интегрального нефелометра, в которой одновременно измеряется величина направленного рассеяния для углов 30° и 150°, а также интегрального рассеяния в области Аф=5°.170°. Результаты самолетных исследований подтвердили установленные закономерности формы индикатрис рассеяния, ранее полученные Бартеневой О.Д. /4,6/ для приземного слоя, которые имеют основное свойство - универсальный характер действия для фонового аэрозоля различных географических регионов и на различных высотах тропосферы. Эти выводы получены из результатов сравнения индикатрис двух разных массивов данных, отечественных и зарубежных, которые находятся в хорошем взаимном соответствии /172,189/.

Таким образом, нефелометрический контроль прозрачности атмосферы является эффективным методом анализа и обычно применяется для видимой области спектра в закрытом объёме прибора для стационарных условий приземного слоя замутнённого воздуха /1,29,46,65,79,83,107,116,132/. Условия самолётных оптических исследований атмосферы в интересах обеспечения испытаний ОЭС налагают дополнительные технические требования к измерительной аппаратуре. Это относится, в том числе, к охвату всё более широкого спектрального и динамического диапазонов прозрачности от обычной замутнённой среды до «чистого» воздуха свободной атмосферы в скоростном воздушном потоке на различных высотах тропосферы с неискаженной диагностикой аэрозольных концентраций и анализа микрофизического состава аэрозольной пробы методом обращения спектральной характеристики светорассеяния.

Естественно, что из-за отсутствия такого класса нефелометров ставилась задача разработки нового оптического прибора более высокой чувствительности и специальной конструкции адаптированного к условиям работы на борту самолета. Необходимыми условиями для обеспечения энергетического потенциала прибора и корректности аспирации является разработка новой оптической схемы и установка нефелометра вне салона, в носовой части самолёта, на поверхности фюзеляжа и впереди плоскости винтов самолёта. Для реализации проекта использовался известный нефелометрический метод анализа 45°, а в качестве прототипа выбрана конструкция походного нефелометра ГГО /116/, в которой реализован локальный способ измерения прозрачности атмосферы для визуальной области спектра. Спектральные варианты нефелометров реализованы для узкой области спектра (0,42-0,61 мкм) в самолетной конструкции прибора ФАН (ИОА)/112/, полевых приборах СНУ(0,25-0,58 мкм) и СНИ (0,44-0,85мкм) (ИФА)/61,131/. Автором диссертационной работы впервые обосновано техническое решение и реализован самолётный вариант прибора /95/ с охватом одновременно области спектра 0,38-1,02 мкм, отвечающей рабочему диапазону телевизионной аппаратуры , что рассматривается основным в ряде достоинств созданного нефелометра и как необходимое условие для более точного анализа спектральной прозрачности атмосферы и расчета объёмного показателя Ангстрема из результатов спектронефелометрических аэрозольных измерений.

Как было отмечено, нефелометрический метод 45° для условий приземного слоя атмосферы был детально исследован в работах О.Д. Бартеневой /5/, Т.Н. Торопо-вой/143/, Г.И.Горчакова/31/, М.В.Панченко/62/, К.С. Шифрина, Э.А.Чаяновой,/159/ и др. Эмпирическим и расчетным путем показано, что вариации нормированной индикатрисы рассеяния в области углов 45°±10° минимальны и консервативны для разных диаметров частиц субмикронного аэрозоля в широком диапазоне его естественного изменения. Использование одного значения индикатрисы g((Xo, 45°)= 0,120±0,001 в разных условиях как постоянной величины и эмпирического коэффициента взаимосвязи g(Xo, 45°) для направленного 45°) и объёмного светорассеяния ц*(Хо) приводят к суммарной погрешности измерений jx*(Xo) не более 6.12 %. Корректность использования данного нефелометрического метода 45° вне приземного слоя и как спектрального прибора в самолётных условиях измерения требует решения целого ряда дополнительных вопросов, в том числе - обоснование универсальности индикатрисы приземного слоя и для более высоких слоёв тропосферы, обоснование характерной точности метода 45° для расширенного ряда длин волн X в виде переменных величин g(X) как дифференцированных значений по спектральному признаку в широкой области спектра 0,38-1,02 мкм. Не тривиальной является проблема аспирации, градуировки и аттестации нефелометра. Кроме того, сочетание локального нефелометрического метода и дистанционного лидарного на борту подвижной платформы самолета-лаборатории существенно расширяет возможности анализа горизонтальной неоднородности аэрозольного поля, но одновременно приводит к неизбежным техническим проблемам и усложнением методики экспериментов. Успешное решение этих и ряда других проблем анализа является первым и необходимым начальным этапом для достижения основных целей работы - повышения качества измерения спектральной прозрачности неоднородной атмосферы, которое реализуется на основе повышения качества технических средств и методов анализа.

Цель работы

Целью работы является повышение точности прогноза и количественной оценки спектральной прозрачности атмосферы в задаче видения наземных объектов для наклонных трасс визирования в условиях слоисто - однородной стратификации тропосферного аэрозоля в дневное время суток.

Основные задачи диссертационной работы

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Провести самолетные нефелометрические исследования высотного профиля объёмного показателя аэрозольного светорассеяния тропосферы (ia (h, X) в различных погодных условиях и географических районах над однородной поверхностью (суша) и неоднородной поверхностью (море-суша, город-пригород), на основе специально разработанной нефелометрической аппаратуры.

2. Провести анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований в форме динамической модели (схемы) краткосрочного прогноза структуры вертикального профиля показателя аэрозольного рассеяния (ослабления) атмосферы.

3. На основе предложенной динамической модели разработать инженерную методику расчета краткосрочного прогноза наклонной прозрачности атмосферы с повышенной точностью результатов.

На защиту выносится: 1. Самолетный спектральный измерительный комплекс для определения следующих величин:

- объёмного показателя аэрозольного рассеяния (ia (10= 0,54 мкм) в диапазоне от 0, 00015 до 3 кмс относительной погрешностью менее ±15%;

- объёмного спектрального показателя аэрозольного рассеяния ца (/-) на 5 длинах волн в области 1=0,38-1,02 мкм, с относительной погрешностью менее 15%. При этом показано, что спектральный ход Ца (X) в указанном диапазоне длин волн следует модифицированной формуле Ангстрема: \ia (А) = (ко) П] к'п2, где П] = ехр (-0,7п2) - эмпирическая функция, 5ni=±5%;

- показатель Ангстрема п2 (45°), определенный по нефелометрическому методу анализа ф= 45°, находится в диапазоне от 0 до 4 с абсолютной погрешностью измерений бпг = 0,30. Показатель Ангстрема п2 (0°), определённый по методу прозрачности ф~0°, находится в диапазоне от 0 до 2;

-показатель обратного рассеяния атмосферы, ра на длине волны 0,69 мкм, регистрируемый лидаром в направлении визирования вертикально вниз, который определён с размерностью относительных единиц на удалениях h < 3 км, с погрешностью 5h = ±0,1 км;

2. Результаты экспериментальных исследований в центральной части ЕТР над однородной континентальной поверхностью, которые верифицированы и нашли подтверждение в других географических районах, (аридной зоне, над Тихим океаном, над неоднородной поверхностью суша-море, над городом - пригородом), а также при сравнении результатов измерения аэрозольных характеристик тропосферы и стратосферы.

3. Модель (схема) краткосрочного прогноза вертикального дневного профиля Ha(h,X), разработанная с учетом динамики термобарического поля слоя свободной атмосферы и высоты ППС с погрешностью ±0,3км.

4. Методика инженерного расчета оптических величин с повышенной точностью по разработанной динамической модели, которая исключает неконтролируемые вариации оптической плотности атмосферы характерные для долгосрочного прогноза ППС и осреднения данных по сезонно-климатическому принципу.

Заключение диссертации по теме «Физика атмосферы и гидросферы», Максимюк, Владимир Сильвестрович

Основные результаты диссертации

1. Проведены самолетные нефелометрические исследования тропосферы на основе специально разработанной нефелометрической аппаратуры и метода.

2. В результате выполненных исследований получены характеристики и функциональные зависимости, которые описывают параметры разработанной динамической модели.

3. На основе предложенной динамической модели разработана инженерная методика расчета наклонной прозрачности атмосферы с повышенной точностью результатов. Данная методика исключает неконтролируемые вариации оптической плотности атмосферы, характерные для долгосрочного прогноза ППС и осреднения данных по сезонно-климатическому принципу.

Научная новизна работы заключается в том, что автором:

-впервые разработана конструкция атмосферного нефелометра 45° для широкой спектральной области измерений (0,38.1,02мкм) с высокой и ранее недостижимой чувствительностью анализа (10*5 км

- для монохромного метода нефелометрических измерений (ро=45° на опорной длине волны Ао=0,5 мкм, предложено теоретическое обоснование его применимости в широком спектральном диапазоне длин волн(0,38.1,02мкм). Это решение получено на основе анализа знакопеременного градиента нормированной индикатрисы рассеяния g(cp) по параметру р=2яаА, в функции угла рассеяния ф. Консервативное свойство нулевого градиента g^) в области р<5, является основой метода спектральной нефелометрии, а также инвариантом относительно двух переменных величин - радиуса частиц аэрозоля а и волнового числа \Гк\

- для спектрально-нефелометрического метода 45° предложена методика обработки аналитического сигнала в многопотоковом приближении, а также со спектральной коррекцией нормированной индикатрисы рассеяния =0.12 в виде

О 2 его переменного значения как функция 1 А,';

-для индикатрисы аэрозольного светорассеяния проведен расчет угловой зависимости показателя Ангстрема. Предложена физическая интерпретация эффекта спектральной селективности.рассеянного излучения на элементарных центрах рассеяния для некогерентного источника излучения как результат когерентных взаимодействий парциальных волн с учетом фазы. На этой основе сформулированы предложения для адекватной интерпретации результатов нефелометрических измерений с различными углами анализа 45°, 0° и 5. 175°;

- предложена модификация коэффициентов формулы Ангстрема (—п^"112), для которой установлена эмпирическая связь параметров nt и п2 в виде универсальной функции ni= exp- (0,7 n2), не зависящей от используемого углового метода анализа (ф=45°, или ф=0°);

-установлены эмпирические коэффициенты уравнения линейной регрессии, для краткосрочного прогноза высоты аэрозольного ППС в дневное время суток, как производную от термических характеристик приземного слоя и динамических (циркуляционных) характеристик слоя свободной атмосферы;

- экспериментально подтверждено, что микрофизическая структура субмикронного аэрозоля является консервативной характеристикой воздушной массы для слоя нижней и средней тропосферы при существенном изменении концентрации аэрозольной субстанции с высотой. Предложено использовать эту особенность в методике прямой экстраполяции приземных данных о показателе Ангстрема на разные высоты нижней и средней тропосферы.

Практическая значимость состоит в том, что:

- разработаны и реализованы способы увеличения энергетического потенциала нефелометра, его чувствительности, точности, фотометрического контраста измерений, предложено развитие метода спектрально - нефелометрического анализа микрофизических свойств аэрозольного компонента атмосферы, которые могут быть использованы как аналитические при разработке новых средств контроля концентрации и дисперсного состава субмикронной фракции атмосферного аэрозоля.

- установлены эмпирические зависимости толщины пограничного слоя (ППС) от термодинамических характеристик атмосферы, как необходимой составляющей динамической модели вертикального профиля аэрозоля в задаче прогноза его параметров с повышенной точностью и пространственным разрешением в условиях слоисто-однородной структуры бароклинной атмосферы. Эти результаты могут быть использованы при построении уточнённой оптико-метеорологической модели атмосферы, а также региональных динамических моделей, учитывающих тонкую структуру динамики высоты пограничного слоя;

- результаты диссертационной работы использованы в проектно-конструкторской деятельности ФГУП «НПО ГИПО» в виде экспериментальных данных контроля и моделирования наклонной прозрачности атмосферы (см. акт внедрения Приложение А). Использование указанных результатов позволило повысить качество, и сократить затраты на проведение опытно-конструкторских работ при разработке оптико-электронных систем.

Заключение

Надежное определение; предельно малых значений концентрации аэрозоля атмосферы впервые стало возможным только после привлечения эффективного не-фелометрического метода измерений и разработки высокоточного аттестованного нефелометра специальной конструкции. Определение условий видимости и средних значений прозрачности слоя атмосферы вдоль оптически неоднородной наклонной траектории наблюдения впервые проводится в едином масштабе времени и с повышенной точностью.

Измерения на различных высотах подтвердили слоистый характер распределения аэрозоля. Обнаружен, также как и ранее, температурный признак сезонных вариаций толщины пограничного слоя1 атмрсферы. Дополнительно к этому в настоящей работе впервые установлен температурный признак меньшего временного масштаба изменчивости (нескольких дней) с линейной связью толщины пограничного слоя от величины потенциальной температуры слоя и градиента потенциальной температуры воздушной массы. Кроме того, отмечено консервативное свойство удельной концентрации и дисперсного состава двух географических типов воздушных масс. Показано, что устойчивое равновесное значение градиента концентрации аэрозоля в свободной атмосфере, обусловлено различием скорости протекания атмосферных процесса турбулентного обмена для удельной концентрации аэрозоля в слое свободной атмосферы (10-15дней) и малой длительностью процесса горизонтального переноса воздушных масс(3-5 дней) в слое сводной атмосферы. Градиент концентрации по вертикали является консервативным, равновесным параметром (у =5±1), который незначительно изменяется в зависимости от фазы цикла трансформации воздушной массы синоптического масштаба не достигая предельного значения (у =8).

Измерения оптических характеристик аэрозоля на разных высотах тропосферы позволили выявить не только количественные значения аэрозольной концентрации и градиентов, но и поставили вопрос о причинах и механизмах формирования этих величин в пространстве. Ответить на этот вопрос не представляется возможным, ограничиваясь только на статических или локальных измерениях в приземном слое в естественном многодневном цикле смены оптической погоды. Целесообразным и эффективным в данном анализе оказалось применение самолетного метода и более чувствительной аппаратуры. Когда исследуются характеристики единой воздушной массы тропосферы за короткое время полета с учетом динамики синоптических процессов.

Изложенные результаты исследований и . предложенная схематизация параметров учитывает действие главных процессов и механизмов физики атмосферы -турбулентного обмена и упорядоченных вертикальных движений в их естественно-синоптическом цикле развития. Предложенная термодинамическая схема детерминированного краткосрочного прогноза вертикального профиля аэрозоля является эффективной, поскольку отражает его основные закономерности в межсуточном ходе изменчивости. В рамках принятых ограничений стационарности и однородности предложенная термодинамическая схема является репрезентативной и достоверной, поскольку даёт в два раза более точные результаты по сравнению с вариантом применения сезонно-климатической модели описания формы профиля аэрозоля.

Проведённые натурные спектрально-нефелометрические исследования оптических характеристик тропосферного аэрозоля подтвердили теоретические ожидания, исходящие из основных положений физики атмосферы. Предложенная аналитическая форма и алгоритм моделирования вертикального профиля на основе выбранных предикторов позволили связать характеристики слоистой структуры аэрозоля, определенного методом спектральной нефелометрии, со стандартными метеорологическими и оптическими величинами приземного слоя атмосферы в виде инженерной методики. В итоге сложилась завершённая концепция, которая оказалась плодотворной при решении проблемы повышенной точности диагноза и прогноза наклонной прозрачности атмосферы в задаче видения объектов для условий оптической погоды со слоистой стратификацией тропосферного аэрозоля.

171

Благодарности

Автор выражает благодарность:

Филиппову B.JI. - научному руководителю диссертационной работы, организатору и руководителю программы «Тропосфера» - за существенный вклад и помощь при выполнении работ и его долготерпение от частой медлительности автора при подготовке данной рукописи.

Татьянину С.В. - постоянному содеятелю и соавтору многих работ, исследований и публикаций.

Танташеву М.В. - за всемерную помощь и полезные обсуждения проблем.

Мирумянцу С.О. - за оказанное эффективное содействие в разработке приборов, всемерную помощь и настойчивые побуждения к оформлению данной работы.

Сотрудникам ЛИИ им. Громова, Федонину Е.А., Юскову С.А. - за техническую помощь в проведении работ по совместным программам.

Членам экипажа самолета Ан-26 № 1506, моим коллегам -сотрудникам ЛИИ им. Громова (г. Жуковский), Московского телевизионного института и НПО «Геофизика» за совместную деятельность, которая случайно и трагически прервалась в процессе лётных испытаний вне плана наших работ, по причине столкновения самолета со стаей перелетных птиц над Азовским морем.

Степаненко В.Д., Иванову В.Н. - сотрудникам ГГО им. А.И. Воейкова, а также сотрудникам НПО ГИПО Иванову В.П., Балакиреву В.В.- за участие и организацию проведения работ на борту самолета-лаборатории ГГО Ил -18 № 75431 в экспедициях района г. Алма-Ата, г. Казань, Дальний Восток.

Панченко М.В., Козлову B.C., Терпуговой С.А., Самохвалову И.В., Шаманаеву B.C. - сотрудникам ИОА СО РАН и ТГУ (Томск) за ряд ценных обсуждений и замечаний.

172

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Максимюк, Владимир Сильвестрович, 2007 год

1. Аднашкин В.Н. Метрологическое обеспечение измерений прозрачности атмосфе-ры нефелометрами с углом наблюдения 45° // Труды ГТО, 1982, вып.461, с. 103107.

2. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей / Подред. Ф.Т. Ньистадта и Ван Допа. Пер. с англ. Д.: Гидрометеоиздат, 1985.-352с.

3. Балин Ю.С., Ершов А.Д. Вертикальная структура аэрозольных полей пограничного слоя атмосферы по данным лазерного зондирования // Оптика атмосферы и океана. 1999г., т. 12, № 07, стр.616-623.

4. Бартенева О.Д. Индикатрисы рассеяния в приземном слое атмосферы // Изв. АН

5. СССР, сер. геофиз., №12,1960. с.1852-1865.

6. Бартенева О.Д., Башилов Г.Я. О нефелометрическом методе измерения прозрачности атмосферы // Изв. АН СССР, сер. геофиз. 1961, №4, с.613-619.

7. Бартенева О.Д., Довгялло Е.Н., Поляксэва Е.Н. Экспериментальные исследованияоптических свойств приземного слоя атмосферы // Труды ГТО, 1967, вып. 220, 244с.

8. Бартенева О.Д., Лактионов А.Г., Аднашкин В.Н. Индикатриса рассеяния света вприводном слое атмосферы над океаном // Проблемы физики атмосферы. -Изд. Ленингр. ун-та,. 1978, вып.15, с.27-43.

9. Батчер С.С., Чарлсон Р.Ж. Введение в химию атмосферы.- М.: Мир, 1977,270с.

10. Белан Б.Д. Самолет-лаборатория НТК «Институт оптики атмосферы» для оптико-метеорологического зондирования атмосферы // Аппаратура дистанционного зондирования параметров атмосферы.- Томск: ТФ СО АН СССР, 1987.-c.34-40.

11. Белан Б.Д., Задде Г.О., Панченко М.В., и др. Сезонные факторы в изменчивостиатмосферного аэрозоля в диапазоне высот 0-5 км.// Оптические свойства земной атмосферы. Томск: Изд. Томского филиала СО АН СССР .1988. С.45-51.

12. Белан Б.Д., Гришин А.И., Матвиенко Г.Г., Самохвалов И.В. Пространственнаяизменчивость характеристик атмосферного аэрозоля. Новосибирск, Наука, 1989,-152с.

13. Белан Б.Д. Динамика слоя перемешивания по аэрозольным данным // Оптика атмосферы и океана, 1994, т. 7, № 08, стр.1045-1054.

14. Белинский В.А. Динамическая метеорология М., ОГИЗ Гостехиздат, 1948, 703с.

15. Беляев С.П., Кустов В.Т. Погрешности отбора проб атмосферных аэрозолей // Тр. ИЭМ. 1984, вып.7, с.72-86.

16. Вызова H.JI., Иванов В.Н., Гаргер Е.К. Турбулентность в пограничном слое атмосферы. Л., Гидрометеоиздат, 1989, 261с.

17. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами: Пер. сангл. М.: Мир, 1986, -664с.

18. Бугаенко А.Г., Иванов В.П., Омелаев А.И., Тевяшов В.И., Филиппов В.Л. Физические основы и техника измерений в тепловидении / Под ред. В.Л. Филиппова/ Казань: Отечество, 2003.-352с.

19. Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами. М.: Изд. - во иностр. Литры, 1961.-536с.

20. Винниченко Н.К., Пинус Н.З., Шметер С.М., Шур Г. Н. Турбулентность в свободной атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, изд. 2-е, 1976,288с.

21. Гаврилов В.А. Прозрачность атмосферы и видимость. Л. Гидрометеоиздат,1958, 145с.

22. Гаврилов В.А. Видимость в атмосфере. Л. Гидрометеоиздат, 1966. - 323с.

23. Гаврилов В.П. Моделирование динамики верхней границы конвективного пограничного слоя атмосферы //-Труды ИЭМ.1985.вып.36(114), с 81-96.

24. Галаджий Н.М., Мелентьева И.И., Ткаченко А.В. Определение высоты пограничного слоя атмосферы различными способами. Труды ГГО и Укр НИГМИ, 1963, вып. 144/40, с.96-101.

25. Георгиевский Г.В. О спектральной прозрачности дымок в области спектра 0,371,0 мкм // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1969, т.5, №4, с. 388394,

26. Герасимов А.В., Максимюк B.C., Татьянин С.В. О влиянии метеорологическиххарактеристик на определение толщины пограничного слоя атмосферы методами оптического зондирования // Метеорология и гидрология. 1988. № 2. с.25-33.

27. Глушко В.Н., Иванов А.Н., Лившиц Г.Ш., Федулин И.А. Рассеяние инфракрасного излучения в безоблачной атмосфере. Алма-Ата. «Наука» КазССР, 1974, 210с.

28. Голубицкий Б.М. О модификации интегрального нефелометра для измеренийпрозрачности атмосферы. // Оптико-механическая промышленность, 1976, №1,с.53-55.

29. Гончаров Н.В. и др. Новый фотоэлектрический нефелометр.// Труды ИЭМ, 1973,вып.4(38), с 94-104.

30. Гончаров Н.В., Ковалев А.Ф., Фоменко Г.М. Самолетный нефелометр.// Труды

31. ИЭМ, 1978, вып. 19(72). С.114-120. ;;; .

32. Горчаков Г.И., Исаков А.А., Свириденков М.А. Статистические связи между коэффициентом рассеяния и коэффициентом направленного светорассеяния в области углов 0,5-165° // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1976, т.12, №12, с. 1261-1268.

33. Горчаков Г.И., Свириденков М.А. Статистическая модель оптических характеристик атмосферной дымки. // Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1979, т.15,№1, с.53-59.

34. Горчаков Г.И., Емиленко А.С. и др. Свойства приземного аэрозоля // Оптика атмосферы и аэрозоль. М.: «Наука», 1986. с.42- 63.

35. Горчаков Г.И. Статистические и микрофизические модели оптических характеристик атмосферного аэрозоля // Оптика атмосферы и аэрозоль. М.: «Наука», 1986. с.92-102.

36. Горчаков Г.И., Сидоров В.Н. О спектральной зависимости компонент матрицырассеяния света атмосферной дымкой // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1980, т. 16, №9, с. 974-978.

37. Горчаков Г.И., Емиленко А.С., Свириденков М.А. Однопараметрическая модельприземного аэрозоля. // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1981, т.17, №1, с 39-49.

38. Горчаков Г.И., Емиленко А.С, Сидоров В.Н. Микроструктура фонового аэрозоля

39. Комплексный советско-американский эксперимент по исследованию фонового аэрозоля. Л.: Гидрометеоиздат. 1986, с.53-61.

40. Гришин А.И., Матвиенко Г.Г. Импульсный самолетный нефелометр внешнегообъема // Аппаратура дистанционного зондирования параметров атмосферы.-Томск: ТФ СО АН СССР, 1987.-С.47-53.

41. Гришин А.И., Матвиенко Г.Г. Исследование пространственных неоднородностейкоэффициента обратного рассеяния в нижней атмосфере // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1981.т17, №11,с. 1148-1154.

42. Гуди Р. Атмосферная радиация.- М.: Мир, 1966, 522с.

43. Дейрменджан Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами.- М.: Мир, 1.971.165с.

44. Демченко П.Ф. Интегральная модель планетарного пограничного слоя атмосферы с нестационарными уравнениями для кинетической энергии турбулентности и скорости ее диссипации // Изв.АН. Физика атмосферы и океана, 1993, т.29, №3, с.315-320.

45. Динамическая метеорология. Теоретическая метеорология. / Под ред.Д.Л.

46. Лайхтмана.- Л.: Гидрометеоиздат, 1976, с.305-404.

47. Дубровина Л.С. Облака и осадки по данным самолетного зондирования // Л:,

48. Гидрометеоиздат, 1982,216с.

49. Дябин Ю.П., Танташев М.В., Марусяк В.Д, Мирумянц С.О. Сезонные вариациивертикальных профилей атмосферного аэрозоля в нижней тропосфере // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1977, т.13,№11, с1205-1211.

50. Жданов В.Н., Монастырский В.Г. Автоматический нефелометр для определенияметеорологической дальности видимости в морских условиях // Приборы и методы дистанционного измерения оптических параметров атмосферы. Труды НИИ ГМП. 1978, вып.36, с.88-94.

51. Зверев А.С. Синоптическая метеорология Л. Гидрометеоиздат, 1977, 711с.

52. Злитинкевич С.С. Динамика пограничного слоя атмосферы.- Гидрометеоиздат,1970,-292с.

53. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы.- Л.: Гидрометеоиздат,1986,256с. . . .

54. Зуев В.Е., Кабанов М. В. Оптика атмосферного аэрозоля.- Л.: Гидрометеоиздат,1987,254с.

55. Зуев В.Е., Наац И.Э. Обратные задачи оптики атмосферы.- Л.: Гидрометеоиздат,1990,286с.

56. Зуев В.Е. Кабанов М.В. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере (в условиях помех). М.: Сов. Радио, 1977. - 368с

57. Зуев В.Е., Белан Б.Д., Задде Г.О. Оптическая погода. Новосибирск: Наука. Сиб.1. Огд-ние, 1990.192с

58. Ибраимов Н.М., Торопова Т.П. Оптические свойства городской дымки. // Рассеяние света в земной атмосфере. Алма-Ата. «Наука». КазССР.1980. с.77-129.

59. Иванов А.П. Оптика рассеивающих сред.- Минск: Наука и техника, 1969. 592с.

60. Иванов В.П. Прикладная оптика атмосферы в тепловидении. Казань: Новоезнание, 2000.-357с.

61. Иванов В.П., Курт В.И., Овсянников В.А, Филиппов B.JI. Моделирование иоценка современных тепловизионных приборов. Казань: Отечество, 2006. -594с.

62. Ивлев J1.C. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей.- Л.: Изд.

63. Ленигр. Ун-та, 1982, 368с.

64. Ильинский O.K. Опыт выделения основных форм циркуляции атмосферы над

65. Дальним Востоком//Труды ДВНИГМИ, 1965г, вып. 20, с.26-45.

66. Иоффе М.М., Приходько М.Г. Справочник авиационного метеоролога. -М.:1. Воениздат, 1977, -303с.

67. Исаков А.А., Бегунов С.Л., Головятинский С.А., Тихонов А.В. Спектрополяриметрические исследования натурного аэрозоля // ОАО , 1999г, том 12, №6, стр.556-561.

68. Кабанов М.В., Панченко М.В. Рассеяние оптических волн дисперсным средами.

69. Часть 3. Атмосферный аэрозоль. Изд. ТФ СО АН СССР, Томск, 1984,189с.

70. Киселева М.С., Решетникова И.Н., Федорова Е.О. Экспериментальные данные опоказателях ослабления тропо- и стратосферой в области спектра 0,4-5.0мкм // Изв. АН СССР, ФАО, 1981,т.17, № 4, с.429-433.

71. Клименко А.П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли,- М.: Химия, 1978, 207 с.

72. Ковалев В.А. Некоторые вопросы перехода от прозрачности к наклонной дальности видимости. Тр. ГГО 1974, вып. 324, с. 117-124.

73. Ковалев В.А. Видимость в атмосфере и её определение. Ленинград. Гидрометеоиздат.1988.- 216 с.

74. Козлов В.К., Танташев М.В., Филиппов В.Л. Влияние неоднородной атмосферына условия наблюдения объектов. Казань: Каз. Гос. Энерг. Ун-т, 2003,132с.

75. Кондратьев К.Я., Москаленко Н.И. и др. Глобальное моделирование оптическиххарактеристик атмосферного аэрозоля. Доклады АН СССР, 1985, т.280, №5, с.1090-1093.

76. Креков Г.М., Рахимов Р.Ф. Оптико-локационная модель континентального аэрозоля.- Новосибирск: Наука, 1982.

77. Курбацкий А.Ф., Курбацкая Л.И. Моделирование структуры атмосферного пограничного слоя над термически неоднородной поверхностью // Оптика атмосферы и океана.2005. т.18, №5-6, с.444-454.

78. Кухарец В.П., Цванг Л.Р., Яглом A.M. О связи характеристик турбулентностиприземного и пограничного слоев атмосферы.//: Физика атмосферы и проблема климата. Под ред.Г.С. Голицына и A.M. Яглома. М.: Наука, 1980,с. 162193.

79. Лазарева Н.А. Годовой ход некоторых характеристик пограничного слоя атмосферы над ETC. Труды ГГО, 1964, вып. 154, с.36-45.

80. Лазарева Н.А., Муравьёва К.А. О связи высоты пограничного слоя атмосферы икоэффициента турбулентного обмена с аэросиноптическими условиями. Труды ГГО, 1965, вып. 172 с. 157-164.

81. Лайхтман Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1970.-292с.

82. Лактионов А.Г. Распределение по высоте концентрации частиц аэрозоля и определение коэффициента вертикального перемешивания в свободной атмосфере. //Изв. АН СССР, сер. Геофизическая, I960, №9, с.1397-1406.

83. Лактионов А.Г. Результаты исследований естественных аэрозолей над различными районами СССР // Изв. АН СССР. сер. геофиз. 1969, №4, с.566-574.

84. Лактионов А.Г. Фотоэлектрический нефелометр для определения метеорологической дальности видимости. Труды ИЭМ, 1970, вып.9, с.96-100.

85. Лактионов А.Г. Равновесная гетерогенная конденсация.- Л.: Гидрометеоиздат.1988.160с.

86. Ландсберг Г.С. Оптика, М., изд. «Наука», 1976, 928с.

87. Лазерное зондирование тропосферы и подстилающей поверхности / Самохвалов

88. И.В., Копытин Ю.Д., Ипполитов И.И. и др. Новосибирск: Наука, 1987,259с.

89. Лысцев В.Е., Монастырский В.Г. Некоторые вопросы фотометрирования рассеивающих сред с помощью фотоэлектрических нефелометров// Приборы и методы дистанционного измерения оптических параметров атмосферы. Труды НИИ ГМП. 1978, вып.36, с.79-87.

90. Мазин И.П., Шметер С.М. Облака: строение и физика образования. Л.: Гидрометеоиздат, 1983,279с.

91. Мак-Картни Э. Оптика атмосферы. Рассеяние света молекулами и частицами.1. М.: Мир, 1979.-421с.

92. Максимюк B.C., Танташев М.В., Татьянин С.В., Мирумянц С.О. Нефелометрические измерения вертикального профиля коэффициента ослабления атмосферы // II совещание по атмосферной оптике. Тезисы докладов. Ч.1., Томск, 1980.

93. Максимюк B.C., Танташев М.В., Татьянин С.В О горизонтальной однородностиплотности аэрозоля в нижней тропосфере // II совещание по атмосферной оптике. Тезисы докладов. Ч.4., Томск, 1980.

94. Максимюк B.C., Танташев М.В., Татьянин С.В. Экспериментальные исследования наклонной прозрачности с помощью самолетного нефелометра и лидара // Тезисы докладов Всесоюзной конференции по авиационной метеорологии. Москва. 1986. с. 152.

95. Максимюк B.C., Танташев М.В., Семенов JI.C. Многоканальный нефелометр для определения спектральной прозрачности атмосферы с борта самолета. Оптико-механическая промышленность, 1987, №6, с.20-22.

96. Максимюк B.C. Татьянин С.В. Анализ количественных данных показателя аэрозольного ослабления тропосферы и стратосферы в подспутниковом эксперименте. // Оптика атмосферы. 1989. Т.2. №8. С.891- 893.

97. Максимюк B.C., Филиппов B.JI. Самолетные исследования динамики аэрозоля,определяющей изменчивость оптической погоды // Оптический журнал. 2007, №1, с.50-54.

98. Матвеев JI.T. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы, Л., Гидрометеоиздат, 1984, 751с.

99. Матвеев Л.Т. Динамика облаков, Л., Гидрометеоиздат, 1981, 311с.

100. Наац И.Э. Вопросы интерпретации спектрального хода аэрозольного коэффициента рассеяния.// Вопросы лазерного зондирования атмосферы. Новосибирск, Наука, 1976, с.74-83.

101. Надежина Е.Д. Интегральная модель для расчета эволюции характеристик пограничного слоя в условиях устойчивой стратификации // Труды ГГО. 1984. Вып.483, с.3-13.

102. Никитинская Н.И, Цветкова В.Н. О связи фоновой мутности атмосферы с синоптической ситуацией. Труды ГТО, 1978, вып. 406, с. 115-124.

103. Никитина Т.А., Сергеев Б.Н. Средние вертикальные профили температуры ивлажности в теплых и холодных воздушных массах в различные сезоны по данным самолетного зондирования. Труды ЦАО, 1982, вып. 148, с. 102-107.

104. Оптико-электронные методы изучения аэрозолей / С.П. Беляев, Н.К. Никифорова, В.В.Смирнов, Г.Н.Щелчков-М.: Энергоиздат, 1981. -230с.

105. Оптическая погода/ Зуев В.Е., Белан Б. Д., Задде Г. О. Новосибирск: Наука.

106. Сиб. отд-ние, 1990. 192 с.

107. Оптические свойства приземного слоя атмосферы. // Т.П. Торопова, А.П. Тен,

108. Г.В. Бушуева, О.Д. Токарев. Ослабление света в земной атмосфере (визуальная и ультрафиолетовая области спектра). Алма-Ата, «Наука» КазССР, 1976, с.33-113.

109. Ослабление света в приземном слое и атмосферный аэрозоль. // Торопова Т.П.,

110. Косьяненко А.Б. и др. Поле рассеянного излучения в земной атмосфере. Алма-Ата, «Наука» КазССР, 1974, с.32-90.

111. Орленко Л.Р. Строение планетарного пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1979.270с

112. Панченко М.В., Терпугова С.А. Вертикальный профиль коэффициента рассеяния // Результаты комплексного аэрозольного эксперимента ОдАэкс-87. Томск:, Изд. ТНЦ СО АН СССР, 1989, с. 120-129.

113. Панченко М.В., Терпугова С.А. Схема восстановления коэффициентов рассеяния в нижней тропосфере // Оптика атмосферы и океана, 1996,т.9, № 12, с.1562-1572. . . ,,, , ,

114. Панченко М.В., Терпугова С.А., Полькин В.В. Эмпирическая модель оптических характеристик аэрозоля нижней тропосферы Западной Сибири // Оптика атмосферы и океана, 1998, т.11, № 06, с.615-624.

115. Полевицкий К.К., Шадрина Е.Н., Аднашкин В.Н. Походный нефелометр для автоматической регистрации МДВ, // Труды ГГО, 1972, вып, 292, с.3-11.

116. Полякова Е.А. К вопросу о применимости формулы Ангстрема.// Труды ГГО1984, вып. 354, с.173-180.

117. Прнходько М.Г. Справочник инженера-синоптика.- Л.: Гидрометеоизда,1986, 327 с.

118. Прозрачность толщи атмосферы в видимой и ближней ИК-области спектра. //

119. О.Д. Бартенева, Н.И. Никитинская, Г.Г. Сакунов, Л.К. Веселова.- Л.: Гидроме-теоиздат, 1991.- 224с.

120. Пространственная изменчивость характеристик атмосферного аэрозоля. // Белан

121. Б.Д., Гришин А.И., Матвиенко Г.Г., Самохвалов И.В// Новосибирск: «Наука», 1989г, 151с.

122. Пясковская-Фесенкова Е.В. Исследование рассеяния света в земной атмосфере.-М. Изд. АН СССР, 1957. -218с.

123. Радиация в облачной атмосфере. Под ред. Е.М. Фейгельсон.- Л.; Гидрометеоиздат, 1981,-280 с.

124. Рацимор М.Я. Наклонная видимость. Методическое пособие для специалистов

125. ГАМЦ, АМЦ и АМСГ.- Л. Гидрометеоиздат, 1987.- 136 с.

126. РайстП.С. Аэрозоли. Введение в теорию.- М.: Мир, 1987, 278с.

127. Ритынь Н.Э. Работы ГОИ по нефелометрии для измерения прозрачности атмосферы // Изв. АН СССР, сер. географ., и геофиз. 1942, №3, с.93-96.

128. Ритынь Н.Э. Полевые испытания нефелометра для определения прозрачностивоздуха// Журнал технической физики. 1945. т.15, вып.6, с.384-391.

129. Розенберг Г.В. Свойства атмосферного аэрозоля по данным оптического исследования. // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1967, т.З, №9, с.936-946.

130. Розенберг Г.В., Горчаков Г.И., Георгиевский Ю.С., Любовцева Ю. С. Оптические параметры атмосферного аэрозоля // Физика атмосферы и проблемы климата.-М.: Наука, 1980, с.216- 257.

131. Руководство по прогнозированию метеорологических условий для авиации./

132. Под.ред. К.Г. Абрамович, А.А.Васильева. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.-302с.

133. Свириденков М.А. Спектральные зависимости коэффициентов направленногосветорассеяния // Результаты комплексного аэрозольного эксперимента ОдА-экс-87. Томск:, Изд.ТНЦ СО АН СССР, 1989, с.77-85.

134. Сидоров В.Н. Проточный поляризационный нефелометр. // Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1979, т.15, №7, с.763-767.

135. Сидоров В.Н., Горчаков Г.И., Свиридеиков М.А, Юдин Н.И. О погрешностяхизмерения коэффициента рассеяния нефелометрами с закрытым объемом. // Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1983, т.19, №8, с. 882-885.

136. Симонов В.В. Об определении высоты стационарного стратифицированного пограничного слоя атмосферы. //Труды ГТО, 1977, вып. 398, с. 59-68.

137. Смеркалов В.А. Прикладная оптика атмосферы, С-Петербург:, Гидрометеоиздат, 1997, 334с.

138. Смеркалов В.А. Спектрозональный метод решения прямых и обратных задачрассеяния излучения мутными средами // Труды ИНГ, 1976, вып. 22, с.66-98.

139. Сонькин JI.P. Годовой ход и синоптическая обусловленность температурныхпрофилей в нижнем 500-метровом слое. //Труды ГГО, 1966, вып. 185, с.31-43.

140. Справочник по инфракрасной технике./ Ред. У. Волф, Г. Цисис. В 4-х тт.

141. Т.1, Физика ИК-излучения: Пер. с агл.- М.: Мир, 1995.606 с.

142. Татьянин С.В., Максимюк B.C., Дябин Ю.П., Алексеев А.Н., Балакирев В.В.

143. Вариации аэрозольного рассеяния в приземном слое атмосферы горнодолинной местности // VII Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Тезисы докладов. 4.1, Томск. 1982, с.31-33. . .

144. Терпугова С.А., ПанченкоМ.В. Применение трехслойного представления для описания вертикального профиля содержания субмикронного аэрозоля в нижней тропосфере // Оптика атмосферы и океана. 1999 т. 12. № 12 с. 10931097.

145. Торопова Т.П. К вопросу о зависимости аэрозольной индикатрисы рассеяния ватмосфере от длины волны.// Труды астрофизического института АН КазССР, т. 13, 1969, с.63-66.

146. Торопова Т.П. О спектральной прозрачности и индикатрисах рассеяния некоторых мутных сред. // Рассеяние и поглощение света в атмосфере. Алма-Ата: «Наука» КазССР, 1971.-С.74-88.

147. Торопова Т.П. О нефелометрическом методе определения ослабления света вультрафиолетовой и видимой областях спектра. // Метеорология и гидрология, 1980, №3, с.109-111.

148. Фарапонова Т.П. О связи прозрачности свободной атмосферы с некоторыми метеорологическими характеристиками //Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1965, т.1, №6, с.607-614.

149. Фейгельсон Е.М. Облако как тепловая яма // В кн. Теплообмен в атмосфере. М.:1. Наука, 1972. с. 17-23.

150. Фейгельсон Е.М. Радиация в облачной атмосфере.- JL: Гидрометеоиздат, 1981.279с.

151. Филиппов B.JL, Макаров А.С, Иванов В.П. Построение региональных полуэмпирических моделей оптических характеристик атмосферы // Докл. АН СССР, 1982, т.256,№6,с.1353-1357.

152. Филиппов B.JL, Иванов В.П.,0 роли синоптического фактора в формированииоптической погоды.- Изв. АН СССР Физика атмосферы и океана, 1982, №6,с 680-682.

153. Филиппов B.JL, Мирумянц С.О. Анализ среднестатистических спектральных зависимостей коэффициентов аэрозольного ослабления в области 0,59 10 мкм.-Изв. Вузов, Физика, 1972, №10, с. 103-106.

154. Филиппов B.JL, Иванов В.П., Колобов Н.В. Динамика оптической погоды. Казань: Изд-во Казан. Ун-та. 1986.- 157с.

155. Филиппов В. JI. Аэрозольное ослабление электромагнитного излучения в оптических каналах по данным экспериментальных исследований/ М.: ЦНИИ информации и ТЭИ, 1984, -379с.

156. Филиппов B.JL, Макаров А.С., Иванов В.П. Оптическая погода в нижней тропосфере. Казань, Дом печати, 1998, -183с.

157. Филиппов B.JI. Дистанционное зондирование окружающей среды в региональной системе экологического мониторинга и службы контроля // Оптический журнал. 1996. № 11, с. 74-76.

158. Филиппов B.JI., Белозеров А.Ф., Яцик B.C. Проблемно-ориентированные базыданных для моделирования ОЭС. Вооружение. Политика. Конверсия., 1999, №6, с.29-32.

159. Филиппов В.Л., Танташев М.В. Оптико-геофизическая модель атмосферы «Тропосфера-2000»// Прикладная физика. 2004. №2. С. 114-117.

160. Хргиан А.Х. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1969.-647с.

161. Численное моделирование облаков / Е.Л. Коган, И.П. Мазин, Б.Н. Сергеев, В.И.

162. Хворостьянов М., Гидрометеоиздат, 1984,185с.

163. Шифрин К.С., Минин И.Н. К теории негоризонтальной видимости. // Тр. ГГО. 1957, вып. 68, с 5-75.

164. Шифрин К.С., Чаянова Э.А., Теория нефелометрического метода измеренияпрозрачности и структура атмосферного аэрозоля // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. -1967, т.З, №3, с.274-283.

165. Юнге X. Химический состав и радиоактивность атмосферы. М.: Мир, 1965.423с.

166. Ahlquist N.C., Charlson RJ. Measurement of the wavelength dependence of atmospheric extinction due to scatter // Atmospheric Environment, 1969, v.3, №1, p.551-564.

167. Ahlquist N. C., Charlson R.J. Measurement of the vertical and horizontal profile ofconcentration in urban air with the integrating nephelometer // Environmental Science and Technology 1968,v.2, №5, p.363-366.

168. Beuttell R.G., Brewer A.M. Instruments for the measurement of the visual range //

169. Journal of scientific instruments and of physics industry. 1949. v.26, №11, p.357-359.

170. Charlson R.J. et al, The direct measurement of atmospheric light scattering coefficientfor studies of visibility and air pollution. J. Atmospheric Environment, 1967, v.l, № 4, p. 469-478.

171. Charlson R.J. et al, Monitoring of atmospheric aerosol parameters with the integratingnephelometer // Journal of the air pollution control association. 1969, v. 19, №12, p.937-942.

172. Charlson R.J. Multivalength nephelometer measurements in Los Angeles smog aerosol //Journal of Colloid and Interface Science. 1972, v.39, №1, p.p.240-251.

173. Charlson R.J., Porch W.M., Waggoner A.P., Ahlquist N.C. Background aerosol lightscattering characteristics: nephelometric observation at Mauna Loa Observatory compared with results at other remote locations // Tellus. 1974.v.26, №3, p.345-360.

174. Cress T.S., Fenn R. W. Climatology of Atmospheric Aerosols in Europe: Project

175. OPAQUE., SPEE, 1978,.v. 142, p.45-52. . .

176. Duntley S. Q. Visibility, I, Introduction and II, Summary. Appl. Opt. 1964, v. 3. 550556.

177. Elterman L. Relationships between vertical attenuation and surface meteorologicalrange // Appl. Optics. 1970. v.9, № 8, p.1804-1810.

178. Fairall C. W., Davidson K.L., Schacher G.E. Application of a Mixed Layer Model to

179. Aerosols in the Marine Boundary Layer // Tellus, 1984, 76 В, p.203-211.

180. Fenn R.W., Shettle E.P., Hering W.S., Johnson R.W. Atmospheric optical properties and meteorological conditions // Atmospheric Environment, 1981, v.15, № 10/11, p.p. 1911-1918.

181. Fitch B.W., Cress T.S. Measurements of aerosol size distributions in the lower troposphere over northen Europe // Journal of Applied Meteorology. 1981. v.20, №10, p.l 119-1128.

182. Fitch B.W., Cress T.S. Spatial and temporal variation of tropospheric aerosol volumedistributions // Journal of climate, and applied meteorology. 1983.V.22, №7, p. 12621269.

183. Gibson F.W. In situ photometric observations of angular scattering from atmosphericaerosols // Applied Optics, 1976, v.l5, № 10, p.2520-2533.

184. Gordon J. I. Model for a Clear Atmosphere // J. Opt. Soc. Am. 1969, v.59, p. 14-18.

185. Gordon J.I., Edgerton C.F., Duntley S. Q. Signal Light Nomogram // J.Opt. Soc.

186. Am. 1975, v.65, №2, p.p. 111-118.

187. Gordon J.I., Johnson R.W. Integrating nephelometer. theory and implications // Appl.

188. Optics. 1985. v.24, № 16, p.2721-2730.

189. Gutten D.R. Reyleigh scattering coefficient for dry air, carbon dioxide and Freon-12 //

190. Applied Optics, 1974, v. 13, №3. p.p. 468-469.

191. Heintzenberg J., Backlin L. A high sensitivity integrating nephelometer for airborneair pollution studies // Atmospheric Environment, 1983, vol.17, №2, p. 433-436.

192. Johnson R. W. Daytime visibility and nephelometer measurements related to its determination//Atmospheric Environment, 1981, v.15, № 10/11, p.p. 1835-1845.

193. Lenoble J., Pruvost P. Inference of the Angstrom Coefficient from SAGE Short

194. Wavelength Data // Journal of Climate and Applied Meteorology. 1983, v.22, №10, p.l 717-1725.

195. Maksimyuk V.S. Angular Dependence of Angstrom Parameter for Junge Distributions. // XIII International Symposium "Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics". Abstracts.-Tomsk: Institute of Atmospheric Optics SB RAS, 2006, P.131.132.

196. Mc Cormick M.P. SAGE Aerosol Measurements. V.2, January 1,1980, to Decembre31,1980.//NASA RP-1149,1986.265c.

197. Mc Cormick M.P. SAGE Aerosol Measurements. V.3, January 1,1981, to Novembre 18, 1981.//NASA RP-1173,1987.269c.

198. Newton R.G. Optical theorem and beyond // American Journal Physics. 1976. v.44, p.639.642.

199. Shettle E.P., Fenn R.W., Volz F.E. Atmospheric aerosol: model of their optical properties // Coll. Abstr.Second. Conf. on Atmospheric Radiation, Arlington, Virginia, 1975, p.173-176.

200. Tomasi C, Caroli E., Vitale V. Study of the Relationship between Angstrom's Wavelength Exponent and Junge Particle Size Distribution Exponent // Journal of Climate and Applied Meteorology. 1983, v.22,№ 10, p. 1707-1716.

201. Whiteman D. N., Schwemmer G., Berkoff Т., Plotkin H., Ramos-Izquierdo L., Pappalardo G. Perfomance modeling of an airborne Raman water-vapor lidar. //Applied Optics, 2001, v.40, № 3, p. 375-390.

202. Список основных публикаций

203. Максимюк B.C., Филиппов B.JI. Самолетные исследования динамики аэрозоля, определяющей изменчивость оптической погоды // Оптический журнал. 2007, №1, с.50-54.

204. Maksimyuk V.S. Angular Dependence of Angstrom Parameter for Junge Distributions. //XIII International Symposium "Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics". Abstracts.-Tomsk: Institute of Atmospheric Optics SB RAS, 2006, р.131.132.

205. Максимюк B.C. Татьянин С.В. Анализ количественных данных показателя аэрозольного ослабления тропосферы и стратосферы в подспутниковом эксперименте. // Оптика атмосферы. 1989. Т.2. №8. С.891- 893.

206. Герасимов А.В., Максимюк B.C., Татьянин CiB. О влиянии метеорологических характеристик на определение толщины пограничного слоя атмосферы методами оптического зондирования // Метеорология и гидрология. 1988. № 2. с.25-33

207. Максимюк B.C., Танташев М.В., Семенов JI.C. Многоканальный нефелометр для определения спектральной прозрачности атмосферы с борта самолета. Оптико-механическая промышленность, 1987, №6, с.20-22.

208. Максимюк B.C., Танташев М.В., Татьянин С.В. Экспериментальные исследования наклонной прозрачности с помощью самолетного нефелометра и лидара // Тезисы докладов Всесоюзной конференции по авиационной метеорологии. Москва. 1986. с. 152.

209. Максимюк B.C., Танташев М.В., Татьянин С.В. О горизонтальной однородности плотности аэрозоля в нижней тропосфере. // Тезисы докладов VI Всесоюзного симпозиума по лазерному и акустическому зондированию атмосферы, Часть 1, Томск, 1980, с. 54-55