автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка ИК-радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

РАЗРАБОТКА 11К- РАД11ОМЕТР11ЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ДИСТАНЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ 11 ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЛАКОВ И ПРОЗРАЧНОСТИ АТМОСФЕРЫ.

Специальность 05.11.13 —Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ ДИССИП АЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ ПАУК

¡МОСКВА 2006

Работа выполнена в Московском государственном университете приборостроения и информатики (МГУПИ) на кафедре «Информационные оптико-электронные системы».

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Гарипов В.К.

доктор технических наук, профессор Покровский А.Д.

кандидат технических наук, в.н.с. Кочеров С.А.

Ведущая организация: МНПО «Спектр»

Защита состоится «12» декабря 2006 года в ]2_ часов на заседании Докторского Совета Д. 212.119.01 в Московском государственном университете приборостроения и информатики (МГУПИ) по адресу: 107076, Москва, ул. Стромынка д. 20.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке МГУПИ.

Автореферат разослан «_ 10 _»_ноября_200б г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета доктор технических наук

Филинов В.В.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена разработке комплекса ИК-радио- и фотометрической аппаратуры, предназначенной для дистанционного контроля прозрачности пограничного слоя атмосферы, содержания в атмосфере водяного пара, а также метеопараметров облачности различных типов.

Актуальность темы.

Разработка дистанционных методов и аппаратуры контроля текущего состояния атмосферы с поверхности земли и со спутников в течение многих лет привлекает внимание отечественных и зарубежных ученых и инженеров. Создан широкий арсенал приборов, работающих в оптическом и микроволновом диапазонах длин волн. Эти приборы нашли широкое применение как в оперативной практике, так и в научных исследованиях, связанных с изучением строения атмосферы и динамических процессов, протекающих в ней.

Вместе с тем, совершенствование и создание новых дистанционных методов и аппаратурных комплексов дистанционного контроля атмосферы осталось, и еще в течение многих лет будет оставаться одним из наиболее перспективных направлений развития метеорологического приборостроения.

Особое внимание в этих работах занимает разработка аппаратурных комплексов, работающих в видимом диапазоне длин волн и в «окне» прозрачности атмосферы 8—14 мкм. Показано, что использование этого диапазона в сочетании с приборами, работающими в ближней ИК-области спектра и микроволновом диапазоне, позволяет получить много полезной информации о состоянии атмосферы, которую можно использовать в оперативной метеорологической практике, экологии и для изучения физических процессов, протекающих в атмосфере.

Особый научный интерес представляют исследования процессов, протекающих на стадиях зарождения и начальных этапах развития кучевой облачности. Решение этой задачи необходимо для понимания термодинамического состояния атмосферы, приводящего к образованию мощно-кучевой и кучево-дождевой облачности. Для получения соответствующей информации роль оптических методов и приборов, в том числе работающих в «окне» прозрачности атмосферы, трудно переоценить.

Несмотря на большие успехи и достижения в области оптического приборостроения, радиоэлектроники и вычислительной техники многие проблемы в метеорологии не решены. В частности, проведение высокоточных измерений радиационных потоков в условиях реальной атмосферы, когда температура и влажность окружающей среды может изменяться в очень широких пределах, представляет сложную и до сих пор до конца не решенную техническую задачу.

Вместе с тем, именно такая аппаратура необходима для оперативного определения загрязнения воздуха в приземном слое и определения параметров полупрозрачной облачности, особенно в зимний период.

Цель диссертационной работы.

Разработка ИК-радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков различных типов и прозрачности атмосферы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методы измерений и алгоритмы, позволяющие при известных характеристиках атмосферы и ИК-радиометрической аппаратуры:

- установить связи между уровнем нисходящего теплового излучения в спектральной полосе ДА. = 8 - 14 мкм, общим содержанием в атмосфере водяного пара и аэрозоля;

- определить высоту нижней границы облака, используя модель: облако — атмосфера — подстилающая поверхность;

- с учетом влияния подоблачного слоя определить водность, водозапас облаков, ледность огггически полупрозрачной облачности.

2. Создать автоматизированный прецизионный комплекс, включающий ИК-радиометрическую и фоторегистрирующую аппаратуру.

3. Разработать методы и устройства, обеспечивающие калибровку аппаратуры в широком диапазоне температур, включая низкотемпературную область, когда уровень радиационных потоков, несущих полезную информацию об атмосфере мал, а уровень излучения окружающей среды достаточно высок.

4. Исследовать функциональные возможности разработанной измерительной аппаратуры в реальных условиях.

5. Разработать оперативные методы непрерывного контроля за облачностью различных типов в полевых условиях.

Теоретические обоснования и задачи экспериментальных исследований.

Изучение комплекса проблем, связанных с переносом оптического излучения в безоблачной атмосфере и при наличии облачности различных форм, оценка возможности решения обратной задачи определения водности облаков по результатам обработки данных совместных ИК- и СВЧ-радиометрических, лидарных и радиолокационных измерений. Такой подход позволяет существенно продвинуться в понимании того, как образуется, развивается или распадается облачность.

Решение этих сложных проблем невозможно без учета влияния термодинамического состояния атмосферы: вертикальных профилей температуры, влажности и ветрового поля, а также наличия и распределения в атмосфере аэрозоля и учета их влияния на перенос оптического и радиоизлучения в атмосфере. Последние сведения позволяют более полно и точно определить погрешности, которые могут возникнуть при решении обратных задач, связанных с определением водности, водозапаса, ледности, а также термодинамической стратификации атмосферы.

Постановка задачи и предполагаемый подход к се решению.

Ранее в различных организациях, в том числе и в МГУПИ, были теоретически и экспериментально обоснованы методы, основанные на одновременном применении разрабатываемых лидарно-радиометрических методов. Для исследования использовалась высокочувствительная измерительная ИК- и СВЧ- радиометрическая аппаратура и высокочувствительный лидар.

Было показано, что использование одновременно информации, содержащейся в отраженном и рассеянном сигнале, угловой зависимости и уровне собственного излучения атмосферы, позволяет получать данные о прозрачности атмосферы, водозапасе облака, а также о распределении водности внутри самого облака, и изменении этих величин во времени и пространстве.

Вместе с тем, существует комплекс вопросов, которые требуют своего решения. К числу таких вопросов относятся исследование переноса оптического излучения в оптически полупрозрачнной облачности и переход от параметров отраженного (излученного) облаком сигнала к параметрам, характеризующим само облако (водность, микроструктура). Значительно осложняет осуществление этого перехода необходимость учета многократного рассеяния и поглощения оптического излучения ледяными кристаллами неправильной формы.

Решение всех перечисленных выше проблем требует создания прецизионной ИК-радиометрической и оптической аппаратуры.

Научная новизна работы.

1). Разработаны и исследованы методы проведения измерений параметров облачности различных типов на созданном наземном ИК-радиометрическом и фотографическом комплексе.

2). Разработаны и апробированы алгоритмы обработки измеряемых параметров облачности и атмосферы.

3). Разработан и исследован способ расширения измеряемого ИК-радиометром температурного диапазона.

4). Разработаны и апробированы оригинальные методы калибровки ИК-радиометрического комплекса.

5). Разработан и обоснован фотографический метод определения высоты нижней границы облачности.

Практическая ценность работы.

1). На основе элементной и аппаратурной базы последнего поколения изготовлен и апробирован прецизионный и автоматизированный ИК-радиометрический и фотографический комплекс дистанционного зондирования для определения параметров облачности различных типов и контроля прозрачности атмосферы.

2). Впервые проведены долговременные ИК-радиометрические и оптические измерения и проанализированы их соответствие со спутниковыми наблюдениями' при наличии различных форм облачности над районом Москвы. Они показали возможность определения и вариации содержания в атмосфере водяного пара при низких температурах, когда применение других методов, в том числе и традиционного радиозондового метода, мало эффективно, т.к. сопряжено с большими погрешностями.

3). Оригинальные методы калибровки ИК-радиометрического комплекса позволили проводить измерения радиационных потоков, величина теплового излучения которых соответствует температуре «черного тела» в спектральной полосе 8-14 мкм соответствует 180 - 200°К.

4). Разработанный ИК-радио- и фотометрический комплекс и методика дистанционного зондирования облачности и контроля прозрачности атмосферы могут быть использованы при исследовании и прогнозировании метеорологичекой ситуации, а также для экологического мониторинга в отдельном регионе.

5). Полученные статистические данные об облачности над отдельным районом Москвы могут быть использованы при составлении краткосрочных и долгосрочных прогнозов погоды в мегаполисе.

На защиту выносятся:

1. ИК-радио и фотометрический комплекс и оригинальные, теоретически обоснованные методы его калибровки.

2. Методы дистанционного зондирования облачности и контроля прозрачности атмосферы.

3. Методики обработки полученных экспериментальных данных с учетом вклада в уровень принимаемого сигнала излучения подоблачного атмосферного слоя, основанного на использовании данных температурно-влажностного радиозондирования.

4. Методика определения степени прозрачности атмосферы.

Апробация результатов работы.

Основные положения и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- XIII Международный НТК «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта 2003 г.

- XIV Международный НТК «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта 2004 г.

- XV Международный НТК «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта 2005 г.

- XVI Международный НТК «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта 2006 г.

- VIII международной научно-практической конференции (г. Сочи,

2005 г.).

- IX международной научно-практической конференции (г. Сочи,

2006 г.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе научных статей - 1, публикаций в сборниках докладов и тезисов международных и российских конференций — 6.

Личный вклад автора.

Содержание диссертации является частью научной работы, проводимой на кафедре «Оптико-электронные приборы и системы» в рамках госбюджетной тематики «Дистанционное зондирование атмосферы и экологический мониторинг окружающей среды». Работа велась в тесном сотрудничестве с ИФА РАН и ГГО им. Воейкова Госкомгидромета РФ. Автор принимал непосредственное участие в разработке и изготовлении комплекса, в составлении программного обеспечения, во всех измерениях, проводил первичную и статистическую обработку и обобщение данных.

Стрдетура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и библиографии. Объем диссертации составляет 164 страницы, включая 55 рисунков, список литературы из 120 наименований, а также 3 приложения.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований, сформулирована цель, научная новизна и практическая ценность работы, кратко излагается содержание диссертации по главам, приводятся основные научные положения, выносимые на защиту.

В главе 1 проводится теоретическое обоснование выбранных методов для измерения параметров различных видов облаков и прозрачности атмосферы в спектральном диапазоне 8—14 мкм (окно прозрачности атмосферы), обзор работ, посвященных данной тематике, оценка возможностей практического применения результатов данной работы.

В частности, здесь показано, что к оптически полупрозрачной облачности можно отнести облака верхнего яруса (С1) с кристаллической структурой и некоторые облака среднего яруса со смешанной (капельно-кристаллической) структурой. Причем в реальной атмосфере при наличии облачности верхнего слоя наибольшее влияние перистых облаков на общую интенсивность нисходящего излучения атмосферы будет при углах визирования, близких к зениту. С увеличением зенитного угла вклад излучения облаков в общую интенсивность будет уменьшаться.

Собственное излучение облака (температуры нижней границы облака) можно определить, исходя из следующих соображений (см. рис.1).

Поток радиационного излучения, регистрируемый ИК-радиометром в рабочем спектральном диапазоне Ф,1М,(Л1)., состоит из излучения безоблачной атмосферы Фатм(АХ), собственного излучения облака, прошедшего через подоблачный слой атмосферы [Ф„г„(Л)-г(ЛХ)\ и отраженного облаком вниз восходящего излучения поверхности Земли Фср.з(А*-)> т.е.

Фт(М1)= Фа„ш (ДА) + Фо6д_(АЛ)-т(АЛ) + Фотр,(АЛ)-г(АЛ), (1) где г(ЛХ) — коэффициент пропускания подоблачного слоя атмосферы в спектральном диапазоне АХ =8 — 14 мкм. Откуда

= (2)

Рассмотрен известный метод Вильсона, позволяющий определить коэффициент пропускания полупрозрачного облака по ослаблению излучения высокотемпературного источника (Солнца). Суть метода состоит в том, что ИК-измерительный комплекс последовательно измеряет ослабленное атмосферой и облаками излучение Солнца и собственное излучение атмосферы и облаков.

Проведена оценка определения высоты нижней границы облаков по дистанционым ИК-радиометрическим измерениям.

Отраженное облаком вверх излучения безоблачной атмосферы

Излучение безоблачной атмосферы

Отраженное облаком восходящее излучение Земли

Восходяшее

излучение

Земли

.Полупрозрачное облако

Собствейиое излучение облака

Измеряемое ПК-радиометром нисходящее излучение

_Поверхность Земли

Рис.1. Схема вертикального переноса ИК-излучения в атмосфере.

В главе 2 приводится разработка методов и аппаратуры для измерения параметров облаков различных типов в ИК- и видимом диапазонах.

Первый метод предназначен для измерения радиационной температуры нижней границы облаков в окне прозрачности атмосферы 8-14 мкм из стандартного положения при различных углах зондирования. ИК-термометр и цифровая фотокамера (технические характеристики представлены в приложении диссертации) соосно устанавливаются на единой платформе. Платформа может перемещаться по градуировочной дуге в диапазоне углов места от зенита до горизонта с точностью до 1°. ИК-термометр и фотокамера работают в течение некоторого интервала времени, который выбирается в зависимости от скорости прохода метеообъекта (облака) через область зондирования. Причем, должны быть зарегистрированы сигналы от всего облака на фоне чистого неба. В течение этого времени радиометр работает непрерывно, а фотокамера дискретно производит съемку исследуемого участка неба для визуального контроля облака (определение типа облака, качественная оценка оптической плотности, определение скорости движения облака). Дискретное сканирование атмосферы по разным углам места осуществляется при помощи перемещения по градуировочной дуге измерительного узла. На рис. 2 представлен пример температурно-временной диаграммы слоисто-кучевого облака, полученной при зенитном зондировании.

■ Однако измеряемый температурный диапазон ИК-радиометрическим способом ограничен. В лучшем случае современные ИК-радиометры промышленного исполнения измеряют температуру в интервале от - 50°С до +■ 500°С, в то время как радиационная температура Солнца составляет несколько тысяч градусов Кельвина, а температура облаков верхнего яруса и чистого неба составляет порядка -70°К.

В связи с этим была разработана методика расширения измеряемого температурного диапазона с применением при измерениях полиэтиленовой пленки, «прозрачной» на рабочем участке спектра. Она заключается в следующем.

А-9С Бс ор!

А к г г--1

**г' О, ■ я й/=; ■■ ; Г п с .-♦•«С • • • ^ « ТГ ■ *тг-.- •- . "Ч П о '( V" - V

ЛЛ/ V 0 -

3 07 03 г 14-21 :

Рис.2.

При измерении низкотемпературного объекта (облака) пленка, расположенная перед входным зрачком ИК-радиометра, будет являться дополнительным излучающим объектом, а при измерении высокотемпературного тела (Солнца) - поглощающим. Причем интенсивность излучения (поглощения) будет зависеть от оптической толщины этой пленки (или количества слоев). Таким образом, варьируя количеством слоев пленки фиксированной толщины (например, 10 мкм), можно получить общую температуру (исследуемый объект + п-ое количество слоев полиэтиленовой пленки), значение которой попадает в измеряемый температурный интервал радиометра. Зная температурный вклад пленки фиксированной толщины, легко определить температуру исследуемого объекта, выходящую за пределы рабочего температурного диапазона радиометра.

Был получен экспериментальный график коррекции температуры метеообъектов для полиэтиленовой пленки толщиной 10 мкм (рис.3).

Для применения этого графика в экспериментальных измерениях низкотемпературных объектов (облаков верхнего яруса и чистого неба) необходимо учитывать температуру пленки (окружающей среды): точка пересечения прямых перемещается по «нулевой» прямой до положения, соответствующего данной температуре.

Второй метод измерения метеопараметров предназначен для получения более полной первичной информации об облаке, как движущемся объекте, способом сканирования.

Была разработана сканирующая установка на базе того же ИК-термометра (рис. 4) для измерения температуры нижней границы облаков, позволяющая получить после соответствующей компьютерной обработки измеренных значений поверхностную температурную диаграмму и тепловую карту участка неба (рис. 5, 6).

4 *

&

0

„

г/

юе I п СИ а* Й ки /

V У ✓ /

/

/

/

-V /

/

7 ру ш й-е >ед

А 4.

/

/

-60 *55 *50-45 -40-35-30-15-20-13-10 "5 0 3 10 |5 20 25 30 35 40 45 50 Температура, кэмерздная без пленки,

Рис.3.

1. Объект

2. Датчик угла поворота 1 > 1 1 -1-+» ! ! 5. Блок электроники

1 1!

¿Сканирующее ¡1, 6. ИК-

зеркало 1 1 термометр

! N

4. Привод зеркала 1 1 1 1 1 ■ 1 1 7. Мобильная ПЭВМ

1 1 Сканирующий | | узел 1 [ 1 1 Узел приема и обработки сигнала

Блок питанна

Блок питания

Рис.4. Структурная схема сканирующей ИК-установки.

Рис.5. Поверхностная температурная диаграмма участка неба с облаком.

(ПлМ) « « и

Рис. 6. Тепловая карта участка неба.

Третий метод предназначен для измерения плотности оптически полупрозрачных облаков.

Основными недостатками метода Вильсона являются: 1) теоретический расчет интенсивности излучения Солнца при различных моделях атмосферы; 2) необходимость последовательного наведения измерительной ИК-установки на Солнце, закрытое полупрозрачным облаком, потом на это же облако (или его фрагмент) без Солнца. Первый недостаток вносит ощутимые погрешности при измерениях полупрозрачных облаков в реальной атмосфере, а второй требует, естественно, проведения таких операций вручную, что сказывается в первую очередь на оперативности зондирования и требует постоянного участия и внимания обслуживающего персонала.

Метод определения коэффициента прозрачности облака, предлагаемый в данной работе, позволяет избежать отмеченных недостатков, но с другой стороны появляется погрешность в измерении излучения высокотемпературного источника. Суть метода заключается в постоянном (автоматическом) слежении за высокотемпературным источником (Солнцем), периодически перекрываемом полупрозрачными облаками. В этом случае реальное состояние атмосферы (прозрачность) учитывается в каждом цикле измерений. Для этого необходимо разработать систему, следящую за перемещением Солнца, причем точность наведения и сопровождения Солнца должны обеспечивать погрешность измерения прозрачности облака значительно ниже, чем при методе Вильсона.

Предложена и разработана экспериментальная следящая установка для проведения натурных измерений, структурная схема которой представлена на рис. 7.

Рис. 7. Структурная схема следящей ИК-фотометрической установки.

Работа этой установки основана на постоянном автоматическом слежении по азимуту и по углу места за высокотемпературным источником (Солнцем). ИК-радиометр, соосно сопряженный с оптической системой слежения, постоянно во время каждой серии измерений фиксирует радиационную температуру Солнца, периодически перекрываемого полупрозрачными облаками. Динамический диапазон следящего канала определялся минимальным смещением Солнца относительно центра диаграммы направленности ИК-радиометра, вызывающим изменение измеряемой радиационной температуры на 0,5% (значительно меньше погрешности, получаемой при использовании метода Вильсона).

Пример температурной регистрации полупрозрачного облака на данной установке представлен на рис. 8.

р-м ииисивсин

СПЯ «?€Ц

I

XI

Рис. 8.

Четвертый метод, предназначенный для определения прозрачности атмосферы, основан на принципе работы следящей установки (рис. 7). Периодическое слежение за изменением радиационной температуры «чистого» Солнца, не заслоненного облаками, и сравнение с расчетным значением температуры Солнца для модели идеально чистой атмосферы позволяет судить о степени прозрачности (замутненности) реальной атмосферы по формуле, вытекающей из закона Бугера — Ламберта:

(з>

где г (АХ, т) - коэффициент прозрачности атмосферы в спектральном диапазоне 8 — 14 мкм; Ь0(АХ, т) — энергетическая яркость излучения Солнца на верхней границе атмосферы в том же спектральном диапазоне; ЦАХ, т) -энергетическая яркость излучения Солнца у поверхности земли; т - число оптических масс.

Проведена серия экспериментальных измерений, представлены первичные результаты, их анализ, обработка и систематизация. На основе этого были разработаны методики обработки экспериментальных данных, измеренных на разработанных ИК-установках, для получения основных параметров облаков и атмосферы.

Также в течение последних трех лет в г. Москве были проведены долговременные дистанционные наблюдения за облаками различных типов, осуществлен общий анализ полученного материала.

Глава 3 посвящена разработке и обоснованию методов калибровки ИК-радиометрического комплекса. Были исследованы пути повышения стабильности ИК-радиометра.

В лабораторных и полевых условиях была выявлена степень нестабильности исследуемого ИК-радиометра по опорному излучателю,

излучение которого высокостабильно независимо от внешних факторов. Лучистость опорного излучателя определяется выражением:

В„. (4)

где Вои - лучистость опорного излучателя; Вч т - лучистость черного тела; Вф лучистость оптической системы (дана без учета спектральной характеристики); с(дл)- среднее значение коэффициента излучения опорного излучателя в спектральном диапазоне АХ. Т.к. Вф является случайной величиной, то из последнего уравнения следует, что стабильность В„м зависит от величины с(дд). Чем больше г(дл) приближается к единице, тем выше стабильность излучения поверхности опорного излучателя. Исходя из этого, была предложена и реализована следующая конструкция опорного излучателя (рис. 9).

Рис. 9.

Здесь 1 - теплоизолирующий корпус; 2 - полиэтиленовая пленка; 3 -зачерненная излучающая поверхность толстого алюминиевого диска с коническими канавками; 4 - платиновый термометр под излучающей поверхностью; 5 - прижимной винт; б - нагреватель из медной проволоки, обеспечивающий равномерный регулируемый приток тепла к излучающей поверхности; 7 - крышка.

Коэффициент излучения такой поверхности опорного излучателя составил 0,998, температурный градиент вдоль поверхности диска составил менее 0,001°/см.

Далее были проведены исследования стабильности ИК-радиомстра в зависимости от элементов его схемы: электронного усилителя приемника излучения, модулятора и оптической схемы. После введения в схему усилителя системы автоматической стабилизации коэффициента усиления, термостабилизации приемника излучения и стабилизации частоты модуляции (введение в схему камертонного генератора) удалось понизить среднеквадратичную ошибку ИК-радиометра с 1087 мкВт/см2 стер. до 22 мкВт/см2 -стер.

В этой главе были исследованы следующие методы градуировки ИК-радиометра: 1) по тающему льду и спектральным характеристикам

оптической системы; 2) по модели черного тела (опорный излучатель); 3) по контрольному излучателю, охлажденному жидким азотом. Полученные тремя способами результаты градуировки удовлетворительно соответствуют

Рис. 10.

- - по тающему льду дистиллированной воды и спектральным

характеристикам оптической системы; А - по контрольному излучателю, охлажденному жидким азотом; + - по модели черного тела.

Поскольку конструкция модели низкотемпературного черного тела достаточно громоздка и сложна, калибровка ИК-радиометра перед каждой серией измерений может проводиться по нескольким температурным точкам излучения абсолютно черного тела (АЧТ), в качестве которого, как показано в работе, можно применить пластину тающего льда (t = 0°С) и опорный излучатель (рис. 9).

В главе 4 изложен разработанный автором фотографический метод определения высоты облака, точность которого достаточно высока при простоте исполнения. Суть его заключается в применении двух одинаковых цифровых фотокамер, разнесенных по высоте L. Сравнивая размеры двух компьютерных изображений облака, полученных синхронной съемкой фотокамер, в программе Photoshop можно определить высоту этого облака по выведенной формуле:

H = LD/a; (5)

где L — расстояние между фотокамерами; D - диагональ полного кадра изображения; а - разность размеров изображений объекта по диагонали.

Точность определения высоты облака АН зависит от расстояния между камерами и точности измерения разности размеров изображений Аа. Дат1„ зависит от предельного увеличения кадра (снимка), т.е. от размера пикселя изображения. В таблице 1 приведены расчетные погрешности измерения высоты облака при максимальном увеличении изображений в программе Photoshop 5.0 при различных расстояниях между камерами.

Таблица 1.

Ь= Юм Ь= 15 м Ь = 20м

Н,м а, мм ДН/Н Н,м а, мм ДН/Н Н, м о,мм Д///Я

200 564,44 0,0035 200 846,66 0,00236 200 1128,88 0,00177

500 225,78 0,0089 500 338,66 0,00591 500 451,552 0,00443

1000 112,89 0,0177 1000 169,33 0,01181 1000 225,'776 0,00886

2000 56,44 0,0354 2000 84,666 0,02363 2000 112,888 0,01772

3000 37,63 0,0532 3000 56,444 0,03544 3000 75,259 0,02658

4000 28,22 0,0710 4000 42,333 0,04727 4000 56,444 0,03544

5000 22,58 0,0888 5000 33,867 0,05911 5000 45,155 0,04431

6000 18,81 0,1066 6000 28,222 0,07096 6000 37,629 0,05319

7 ООО 16,12 0,1245 7000 24,19 0,08282 7000 32,254 0,06207

8000 14,11 0,1425 8000 21,17 0,09468 8000 28,222 0,07096

9000 12,54 0,1605 9000 18,81 0,10663 9000 25,086 0,07985

10000 11,29 0,1785 10000 16,93 0,11855 10000 22,578 0,08888

11000 10,26 0,1968 11000 15,39 0,13051 11000 20,525 0,09767

12000 9,41 0,2150 12000 14,11 0,14246 12000 18,815 0,1066

В таблицу 2 для сравнения внесены погрешности измерения высоты нижней границы облака при вертикальном и горизонтальном расположении фотокамер.

Таблица 2.

Вертикальное расположение фотокамер Горизонтальное расположение фотокамер

Ц м Юм 15 м 20 м 50 м 100 м 150 м

Н, м ДН/Н ДН/Н

1000 м 0,01772 0,01181 0,00886 0,17717 0,09087 0,06357

3000 м 0,05319 0,03544 0,02658 0,5561 0,26681 0,1772

6000 м 0,1066 0,07096 0,05319 1,3824 0,5561 0,3591

Кроме того, в этой главе представлены методики расчета скорости движения облаков, используя фотоснимки цифровой камеры и температурно-временные диаграммы ИК-радиометра (рис. 2), полученные одновременно из стационарного ! положения согласно первому методу измерений, изложенному во 2-ой главе.

В заключении кратко перечислены основные результаты работы и следующие из них выводы. Завершают диссертацию приложения, в которых приведены таблицы, специально созданные для обработки экспериментальных данных, основные технические характеристики всех приборов, входящих в ИК-радио- и фотометрический комплекс, а также результаты долговременных измерений, проведенных на ИК-радиометрическом комплексе по первому методу (см. гл. 2).

3. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Решена задача повышения точности ИК-радиометрических измерений теплового излучения атмосферы в широком диапазоне радиационных температур, что стало возможным благодаря разработке новых принципов построения и калибровки ИК-радиометров, за счет повышения стабильности характеристик всех основных узлов, входящих в радиометрический комплекс. Погрешность измерений не превысила 0,4 % в интервале температур от 200°К до 3000 - 6000°К для высоко температурных источников.

2. Разработаны новые экспериментальные установки для дистанционного измерения метеопараметров атмосферы:

- сканирующая ИК-радио- и фотометрическая установка для непрерывного измерения параметров движущихся метеообъектов;

следящая ИК-система за высокотемпературным источником излучения (Солнцем) для измерения параметров оптически полупрозрачной облачности;

фотографическая аппаратура, включающая вертикальный фотодалыюмер.

3. Разработаны методы проведения дистанционных измерений на ИК-радиометрическом комплексе.

4. Высокие технические параметры ИК-радиометрического комплекса позволили использовать его для разработки методик, обеспечивающих определение основных параметров облаков всех типов в различные сезоны года, а также степени прозрачности атмосферы.

5. Разработаны и внедрены методы градуировки ИК-радиометричекого комплекса, как в лаборатории, так и в полевых условиях без использования специальных вакуумных камер в диапазоне температур 80 - 330°К.

6. Использование ИК-радиометрического комплекса в различные сезоны года позволило получить ряд научных результатов, которые могут иметь и самостоятельное значение. Отметим некоторые из них:

- получены экспериментальные данные о температуре и высоте нижней границы облаков различных типов и их сезонные изменения над Москвой;

- получены данные о водности облаков различных типов и ее сезонных колебаниях;

- получены данные о коэффициенте пропускания полупрозрачной облачности верхнего и среднего яруса.

Особенно хотелось бы отметить результаты цикла работ, которые не вошли в данную работу, но были выполнены с ИК-радиометрическим комплексом на Кара-Дагской научной базе ГГО им. Воейкова и Звенигородской базе ИФА РАН. Тогда эта аппаратура использовалась в составе микроволново-лидарного комплекса. Результаты этих работ послужили основой для разработки новых методов определения водности облачности.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1) Слепцов В.В., Величко А.П., Новикова М.В., Панина Н.В. «Дистанционные исследования основных характеристик облаков различных типов в ИК и видимом диапазонах спектра». Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики. Научные труды VIII Международной научно-практической конференции (г. Сочи, 2005 г.), кн. Приборостроение. М, 2005.;

2) Слепцов В.В., Величко А.П., Новикова М.В., Панина Н.В. «Исследование способа расширения измеряемого температурного диапазона в ИК-радиометрии»; Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики. Научные труды VIII Международной научно-практической конференции (г. Сочи, 2005 г.), кн. Приборостроение. М, 2005.;

3) Слепцов В.В., Величко А.П., Новикова М.В., Панина Н.В. «Обоснование и обработка фотографического метода определения высоты нижней границы облачности»; Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики. Научные труды VIII Международной научно-практической конференции (г. Сочи, 2005 г.), кн. Приборостроение. М, 2005.; Горелик А.Г., Величко А.П., Панова Т.А., Шишков П.О. «Пути повышения надежности интерпретации метеорологической информации, полученной при помощи радиолокационных средств». Научные труды XXI Всероссийского симпозиума «Радиолокационное зондирование природных сред» (СЛетербург, 2002 г.).

5) Слепцов В.В., Величко А.П. «Сканирующая инфракрасная радиометрическая установка для дистанционных исследований основных характеристик облаков различных типов». Журнал «Приборы» №8 (74) 2006г.

6) Величко А.П. «Градуировка ИК-радиометра по эталонному излучателю» Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики. Научные труды IX Международной научно-практической конференции (г. Сочи, 2006 г.), кн. Приборостроение. М, 2006.;

7) Величко А.П. «Градуировка ИК-радиометра по контрольному излучателю». Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики. Научные труды IX Международной научно-практической конференции (г. Сочи, 2006 г.), кн. Приборостроение. М, 2006.;

ЛР № 020418 от 08 октября 1997 г.

Подписано к печати 25.10.2006 г. ФорматбО х 84. 1/16 Объем 1,0п. л. Тираж 100 экз Заказ № 201

Московский государственный университет Приборостроения и информатики 107846, Москва,ул. Стромынка, 20.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Теоретические основы дистанционных измерений нисходящего ИК-излучения.

1.1. Основные задачи, которые позволяют решить применение ИК-радиометрического метода зондирования окружающей среды.

1.2. Основные характеристики прозрачности атмосферы.

1.3. Основные радиационные характеристики облаков.

1.4. Влияние облачности на перенос радиации в атмосфере.

1.5. Исследования переноса ИК-излучения в облаках по ослаблению излучения высокотемпературного источника.

ГЛАВА 2. Разработка аппаратурного ИК-комплекса и методов измерений параметров атмосферы.

2.1. Измерение радиационной температуры НГ облаков из стационарного положения.

2.2. Температурное сканирование движущегося метеообъекта.

2.3. Метод измерения плотности оптически полупрозрачных облаков по Солнцу.

2.4. Методики обработки экспериментальных данных.

ГЛАВА 3. Разработка и обоснование методов калибровки ИК-радиометрического комплекса.

3.1. Повышение стабильности в работе ИК-радиометров.

3.2. Методы градуировки ИК-радиометрической аппаратуры.

ГЛАВА 4. Разработка фотографических методов определения некоторых параметров разорванной облачности.

4.1. Фотографический метод определения высоты метеообъекта.

4.2. Методики расчета скорости движения облака по фотоснимкам, полученным цифровой камерой ИК-радиометрического комплекса.

Работа посвящена разработке комплекса ИК-радио- и фотометрической аппаратуры, предназначенной для дистанционного контроля прозрачности пограничного слоя атмосферы, содержания в атмосфере водяного пара, а также метеопараметров облачности различных типов.

Применение для этих целей дистанционных методов - ИК-радиометрического и фотографического - позволяет оперативно определять основные параметры облачности (высота нижней границы, водность и водозапас облака, плотность оптически полупрозрачных облаков) и атмосферного пограничного слоя (тип стратификации, вертикальные профили ветра и его направление, прозрачность АПС).

Актуальность темы.

Разработка дистанционных методов и аппаратуры контроля текущего состояния атмосферы с поверхности земли и со спутников в течение многих лет привлекает внимание отечественных и зарубежных ученых и инженеров. Создан широкий арсенал приборов, работающих в оптическом и микроволновом диапазонах длин волн. Эти приборы нашли широкое применение как в оперативной практике, так и в научных исследованиях, связанных с изучением строения атмосферы и динамических процессов, протекающих в ней.

Вместе с тем, совершенствование и создание новых дистанционных методов и аппаратурных комплексов дистанционного контроля атмосферы осталось, и еще в течение многих лет будет оставаться одним из наиболее перспективных направлений развития метеорологического приборостроения.

Особое внимание в этих работах занимает разработка аппаратурных комплексов, работающих в видимом диапазоне длин волн и в «окне прозрачности» атмосферы 8-14 мкм. Показано, что использование этого диапазона в сочетании с приборами, работающими в ближней ИК-области спектра и микроволновом диапазоне, позволяет получить много полезной информации о состоянии атмосферы, которую можно использовать в оперативной метеорологической практике, экологии и для изучения физических процессов, протекающих в атмосфере.

Особый научный интерес представляют исследования процессов, протекающих на стадиях зарождения и начальных этапах развития кучевой облачности. Решение этой задачи необходимо для понимания термодинамического состояния атмосферы, приводящего к образованию мощно-кучевой и кучево-дождевой облачности. Для получения соответствующей информации роль оптических методов и приборов, в.том числе работающих в «окне прозрачности» атмосферы, трудно переоценить.

Несмотря на большие успехи и достижения в области оптического приборостроения, радиоэлектроники и вычислительной техники многие проблемы в метеорологии не решены. В частности, проведение высокоточных измерений радиационных потоков в условиях реальной атмосферы, когда температура и влажность окружающей среды может изменяться в очень широких пределах, представляет сложную и до сих пор до конца не решенную техническую задачу.

Вместе с тем, именно такая аппаратура необходима для оперативного определения загрязнения воздуха в приземном слое и определения параметров полупрозрачной облачности, особенно в зимний период.

Цель диссертационной работы.

Разработка ИК-радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков различных типов и прозрачности атмосферы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методики измерений и алгоритмы, позволяющие при известных характеристиках атмосферы и ИК-радиометрической аппаратуры:

- установить связи между уровнем нисходящего теплового излучения в спектральной полосе АЛ, = 8—14 мкм, общим содержанием в атмосфере водяного пара и аэрозоля;

- определить высоту нижней границы облака, используя модель: облако - атмосфера - подстилающая поверхность;

- с учетом влияния подоблачного слоя определить водность, водозапас облаков, ледность оптически полупрозрачной облачности.

2. Создать автоматизированный прецизионный комплекс, включающий ИК- и микроволновую радиометрическую и фоторегистрирующую аппаратуру.

3. Разработать методы и устройства, обеспечивающие калибровку аппаратуры в широком диапазоне температур, включая низкотемпературную область, когда уровень радиационных потоков, несущих полезную информацию об атмосфере мал, а уровень излучения окружающей среда достаточно высок.

4. Исследовать функциональные возможности разработанной измерительной аппаратуры в реальных условиях.

5. Разработать оперативный метод непрерывного контроля за состоянием рабочей аппаратуры в лабораторных и полевых условиях.

Теоретические обоснования и задачи экспериментальных исследований.

Изучение комплекса проблем, связанных с переносом оптического излучения в безоблачной атмосфере и полупрозрачной облачности, оценка возможности решения обратной задачи определения водности облаков по результатам обработки данных совместных ИК- и СВЧ-радиометрических, лидарных и радиолокационных измерений. Такой подход позволяет существенно продвинуться в понимании того, как образуется, развивается или распадается облачность.

Решение этих сложных проблем невозможно без учета влияния термодинамического состояния атмосферы: вертикальных профилей температуры, влажности и ветрового поля, а также наличия и распределения в атмосфере аэрозоля и учета их влияния на перенос оптического и радиоизлучения в атмосфере. Последние сведения позволяют более полно и точно определить погрешности, которые могут возникнуть при решении обратных задач, связанных с определением водности, водозапаса, ледности, а также термодинамической стратификации атмосферы.

Постановка задачи и предполагаемый подход к ее решению.

Ранее в различных организациях, в том числе и в МГУПИ, были теоретически и экспериментально обоснованы методы, основанные на одновременном применении разрабатываемых лидарно-радиометрических методов. Для исследования использовалась высокочувствительная измерительная РЖ- и СВЧ- радиометрическая аппаратура и высокочувствительный лидар.

Было показано, что использование одновременно информации, содержащейся в отраженном и рассеянном сигнале, угловой зависимости и уровне собственного излучения атмосферы, позволяет получать данные о прозрачности атмосферы, водозапасе облака, а также о распределении водности внутри самого облака, и изменении этих величин во времени и пространстве.

Вместе с тем, существует комплекс вопросов, которые требуют своего решения. К числу таких вопросов относятся исследование переноса оптического излучения в оптически полупрозрачной облачности и переход от параметров отраженного (излученного) облаком сигнала к параметрам, характеризующим само облако (водность, микроструктура). Значительно осложняет осуществление этого перехода необходимость учета многократного рассеяния и поглощения оптического излучения ледяными кристаллами неправильной формы.

Решение всех перечисленных выше проблем требует создания прецизионной ИК-радиометрической и оптической аппаратуры.

Научная новизна работы.

1). Разработаны и исследованы методики проведения измерений параметров облачности различных типов на созданном наземном ИК-радиометрическом и фотографическом комплексе.

2). Разработаны и апробированы алгоритмы обработки измеряемых параметров облачности и атмосферы.

3). Разработан и исследован способ расширения измеряемого ИК-радиометром температурного диапазона.

4). Разработаны и апробированы оригинальные методы калибровки ИК-радиометрического комплекса.

5). Разработан и обоснован фотографический метод определения высоты нижней границы облачности.

Практическая ценность работы.

1). На основе элементной и аппаратурной базы последнего поколения изготовлен и апробирован прецизионный и автоматизированный ИК-радиометрический и фотографический комплекс дистанционного зондирования для определения параметров облачности различных типов и контроля прозрачности атмосферы.

2). Впервые проведены долговременные ИК-радиометрические и оптические измерения и проанализированы их соответствие со спутниковыми наблюдениями при наличии различных форм облачности над районом Москвы. Они показали возможность определения и вариации содержания в атмосфере водяного пара при низких температурах, когда применение других методов, в том числе и традиционного радиозондового метода, мало эффективно, т.к. сопряжено с большими погрешностями.

3). Оригинальные методы калибровки ИК-радиометрического комплекса позволили проводить измерения радиационных потоков, величина теплового излучения которых соответствует температуре «черного тела» (в спектральной полосе 8-14 мкм) 180 - 200°К.

4). Разработанный ИК-радио- и фотометрический комплекс и методика дистанционного зондирования облачности и контроля прозрачности атмосферы могут быть использованы при исследовании и прогнозировании метеорологичекой ситуации, а также для экологического мониторинга в отдельном регионе.

5). Полученные статистические данные об облачности над отдельным районом Москвы могут быть использованы при составлении краткосрочных и долгосрочных прогнозов погоды в мегаполисе.

На защиту выносятся:

1. ИК-радио и фотометрический комплекс и оригинальные, теоретически обоснованные методы его калибровки.

2. Методики дистанционного зондирования облачности и контроля прозрачности атмосферы.

3. Методики обработки полученных экспериментальных данных с учетом вклада в уровень принимаемого сигнала излучения подоблачного атмосферного слоя, основанного на использовании данных температурно-влажностного радиозондирования. 4. Методика определения степени прозрачности атмосферы.

Апробация работы и публикации.

Основные положения и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- XIII Международный НТК «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта 2003 г.

- XIV Международный НТК «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта 2004 г.

- XV Международный НТК «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта 2005 г.

- XVI Международный НТК «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта 2006 г.

- VIII международной научно-практической конференции (г. Сочи,

2005 г.).

- IX международной научно-практической конференции (г. Сочи,

2006 г.).

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе научных статей - 1, публикаций в сборниках докладов и тезисов международных и российских конференций - 6.

Личный вклад автора.

Содержание диссертации является частью научной работы, проводимой на кафедре «Оптико-электронные приборы и системы» в рамках госбюджетной тематики «дистанционное зондирование атмосферы и экологический мониторинг окружающей среды». Работа велась в тесном сотрудничестве с ИФА РАН. Автор принимал непосредственное участие в разработке и изготовлении комплекса, в составлении программного обеспечения, во всех измерениях, проводил первичную и статистическую обработку и обобщение данных.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и библиографии. Объем диссертации составляет 164 страницы, включая 55 рисунков и список литературы из 120 наименований, а также 3 приложения.

Результаты исследования стабильности ИК-радиометра в зависимости от частоты модуляции представлены в таблице 3.1.

Заключение

Приведенные в диссертации результаты могут быть кратко сформулированы следующим образом:

1. Решена задача повышения точности ИК-радиометрических измерений теплового излучения атмосферы в широком диапазоне радиационных температур, что стало возможным благодаря разработке новых принципов построения и калибровки ИК-радиометров, за счет повышения стабильности характеристик всех основных узлов, входящих в радиометрический комплекс. Погрешность измерений не превысила 0,4 % в интервале температур от 200°К до 3000 - 6000°К для высоко температурных источников.

2. Разработаны новые экспериментальные установки для дистанционного измерения метеопараметров атмосферы:

- сканирующая ИК-радио- и фотометрическая установка для непрерывного измерения параметров движущихся метеообъектов;

- следящая ИК-система за высокотемпературным источником излучения (Солнцем) для измерения параметров оптически полупрозрачной облачности; фотографическая аппаратура, включающая вертикальный фотодальномер.

3. Высокие технические параметры ИК-радиометрического комплекса позволили использовать его для разработки методов, обеспечивающих определение водяного пара в атмосфере, антропогенных загрязнений, оптических параметров полупрозрачной облачности в различные сезоны года.

4. Разработаны и внедрены методы градуировки ИК-радиометричекого комплекса, как в лаборатории, так и в полевых условиях без использования специальных вакуумных камер в диапазоне температур 80 - 330°К, получены спектральные и иные параметры основных узлов и элементов, входящих в состав ИК-радиометрического комплекса, которые необходимы для проведения энергетических расчетов и сопоставления расчетных данных с экспериментальными.

5. Использование ИК-радиометрических комплексов в различные сезоны года позволило получить ряд научных результатов, которые могут иметь и самостоятельное значение. Отметим некоторые из них:

- получены данные о коэффициенте пропускания полупрозрачной облачности верхнего и среднего яруса, причем эти данные получены как в результате анализа измерений их нисходящего излучения, так и по пропусканию ими излучения высокотемпературного источника (Солнца);

- статистические данные, полученные в результате спектрального анализа и данных радиозондирования.

Особенно хотелось бы отметить результаты цикла работ, которые не вошли в данную работу, но были выполнены с ИК-радиометрическим комплексом на Кара-Дагской научной базе ГГО им. Воейкова и Звенигородской базе ИФА РАН. Тогда эта аппаратура использовалась в составе микроволново-лидарного комплекса. Результаты этих работ послужили основой для разработки новых методов определения водности облачности.

1. Абакумова Г.М. и др. Радиационные параметры безоблачной атмосферы Москвы и Звенигорода в июле - сентябре 1992 года// Изв. РАН, Физика атмосферы и океана, 1994, т.ЗО, №2, с.204-209.

2. Абрамян Ю. А., Гаспарян Ф. В., Мартиросян Р. М. Пороговые характеристики фотодетекторов. ИК-радиометры и основные материалы современной фотоэлектроники. Ереван: ЕГУ, 2000, 153с.

3. Атмосфера. Справочник. Д.: ГИМИЗ, 1991, 509 с.

4. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика: Учебник. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1998, 656 с.

5. Бажанов Ю.В., Берденников А.В., Дучицкий А.С. и др. Объективы для работы с матричными преемниками излучения в области спектра 8. 14 мкм//Опгич. Журнал, 2002, т.69,№12, с. 35-36.

6. Богомолов П.А., Сидоров В.И., Усольцев И.Ф. Приемные устройства ИК-систем. М.: Радио и связь, 1987,208 с.

7. Боровиков A.M., Мазин И.Г., Невзоров А.Н., Шугаев В.Ф. Ос троении облаков в восточной части тропической Атлантики // «ТРОПЭКС-74», т. 1, Л.: Гидрометиздат, 1976, с. 495-501.

8. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для мнженеров и учащихся ВТУЗов. М.: Наука, 1980, 976 с.

9. Бугаенко А.Г., Зарипов Р.И. Электронные устройства управления высокоточными измерительными системами // Оптич. журнал. 2002, т. 69, №4, с. 2630.

10. Будыко М.И. О связи альбедо подстилающей поверхности с изменениями климата // Метеорология и гидрология, №6, 1998, с. 5-11.

11. Бютнер Э.К. Динамика приповерхностного слоя воздуха. Л.: Гидрометеоиздат, 1998, 158 с.

12. Васильев А.А., Шметер С.М. Влияние кучево-дождевых облаков на условия полетов. М.: ГИМИЗ, 1984,16 с.

13. Волков. Ю.А., Блохина И.Н., Репина И.А. Радиационные потоки поверхности Земли по данным измерений и численного моделирования //Метеорология и гидрология, №7,1999, с. 14-21.

14. Волкова Е.В., Успенский А.Б., 2002: Детектирование облачности и выделение зон осадков регионального масштаба по данным полярно-орбитальных метеорологических ИСЗ //МиГ, 4, с. 28-38.

15. Головко В.А., Козодеров В.В., 2000: Радиационный баланс Земли: новые приложения для изучения стихийных бедствий из космоса // ИЗК, 1, с. 26-41.

16. Горчакова И.А., Репина И.А., Фейгельсон Е.М. Воздействие облаков на радиационный теплообмен в атмосфере // Известия РАН, Физика атмосферы и океана, 1998, т. 34, №1, с. 153-156.

17. Госсорг Ж. «ИК термография», М.: «Мир», 1988, 399 е.

18. Заболотских Е.В., Тимофеев Ю.М., Успенский А.Б. и др., 2002: О точности микроволновых спутниковых измерений скорости приводного ветра, влагосодержания атмосферы и водозапаса облаков // Изв. РАН, ФАО, 38,5, с. 1-6.

19. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере (в условиях помех). М.: Сов. Радио, 1987. 368 с.

20. Ишанин Г.Г. и др. «Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов», Л.: «Машиностроение», 1986.

21. Иванов В.П. Прикладная оптика атмосферы в тепловидении. Казань: Новое знание, 2000. 357 с.

22. Источники и приемники излучения: Учеб. пособие для вузов / Ишанин Г.Г., Панков Э.Д., Андреев А.Л., Польшиков Г.В. СПб.: Политехника, 1999. 240 с.

23. Каллистратова М.А., Кон А.И. Радиоакустическое зондирование атмосферы. М.: Наука, 1985, 198 с.

24. Косцов B.C., Ю.М. Тимофеев, 2001: Интерпретация спутниковых измерений уходящего неравновесного ИК излучения в 15 мкм полосе СО2: 1. Описание метода и анализ точности // Изв. АН, ФАО, 37, 6, с. 789-800.

25. Косцов B.C., Ю.М. Тимофеев, К. Гроссманн и др., 2001: Интерпретация спутниковых измерений уходящего неравновесного Ж излучения в 15 мкм полосе СО2: 2. Примеры обработки данных эксперимента CRISTA // Изв. РАН, ФАО 37,6, с. 801-810.

26. Качурин Л.Г. «Методы метеорологических измерений», Л.: Гидрометеоиздат, 1985, с.

27. Кондратьев К.Я., Биненко В.И., Мельникова В.И. Поглощение солнечной радиации облачной и безоблачной атмосферой // Метеорология и гидрология, №2, 1996, с. 14-23.

28. Криксунов Л.З., Падалко Г.А. Тепловизоры. Справочник. Киев: Техника, 1987. 166 с.

29. Криксунов JI.3. «Справочник по основам ИК техники». М.: Советское радио, 1978 г, с. 397.

30. Лайхтман Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы. Д.: Гидрометеоиздат, 1970, 341 с.

31. Макаров А.С., Омелаев А.И., Филиппов В.Л. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем. Казань: Унипресс, 1998,318 с.

32. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Д.: Гидрометеоиздат, 1984, 751 с.

33. Павлов А.В. «Оптико-электронные приборы». М.: «Энергия», 1974, с.

34. Паспортные данные ИК-термометра.

35. Плохенко Ю.В. 1999: Построение модели облачности по спутниковым данным многоспектральных измерений высокого пространственного разрешения в задаче спутникового температурного зондирования атмосферы // ИЗК, 3, с. 27-34.

36. Под ред. Хргиана А.Х. и Новожилова Н.И. «Атлас облаков», Л.: Гидрометеоиздат, 1978, с.

37. Под ред. Мазина Ю.Г. «Облака и облачная атмосфера». Справочник. Д.: Гидрометеоиздат, 1989, с.

38. Под ред. Кругера М.Я. «Справочник конструктора оптико-электронных механических приборов». Л.: Машиностроение, 1980, с.

39. Покровская И.В., Шарков Е.А., 1999: Структурные особенности глобального циклогенеза тропических возмущений применительно к проблемам спутникового мониторинга // ИЗК, 3, с. 3-13.

40. Покровский О.М., 2001: Методология основных и сопряженных уравнений и ее применение для оценки информативности научных и спутниковых наблюдений в численном прогнозе погоды // ИЗК, 1, с. 19-30.

41. Покровский О.М., Королевская И.П., 2001: Восстановление компонентов теплового баланса по данным спутниковых наблюдений // ИЗК, 5, с. 85-93.

42. Поляков А.В., 1999: Система обработки данных орбитальных измерений прозрачности атмосферы аппаратурой «Озон-МИР» // ИЗК, 4, с. 46-55.

43. Поляков А.В., Ю.М. Тимофеев, А.В. Поберовский, А.В.Васильев, 2001: Восстановление вертикальных профилей коэффициентов аэрозольного ослабления в стратосфере по результатам измерений аппаратурой «Озон-МИР» // ДОС «МИР». Изв. РАН, ФАО, 37, 2, с. 213-222.

44. Порфирьев Л.Ф., Комарова И.Э., Кузнецов Г.М. Некоторые перспективы применения оптико-электронных приборов для оперативного дистанционного мониторинга экосистем // Изв. Вузов. Сер. Приборостроение, 2002, т. 45, №2, с. 512.

45. Перволюсов Ю. Б., Солдатов В. П., Якушенков Ю. Г. Проектирование оптико-электронных приборов. М.: Машиностроение, 1990, с. 432с.

46. Проектирование оптико-электронных приборов 2-е изд. Перераб. и доп. / Парвулюсов Ю.Б„ Родионов С.А., Солдатов В.П. и др.; Под ред. Ю.Г. Якушенкова. М.: Логос, 2000, 488 с.

47. Радиационные характеристики атмосферы и земной поверхности / Под ред. Кондратьева К.Я., Л.: Гидрометеоиздат, 1969, 564 с.

48. Радиация в облачной атмосфере / Под ред. Фейгельсон Е.М. Л.: Гидрометеоиздат, 1981, 280 с.

49. Репинская Р.П., Бабич Я.Б., 1999: Аппроксимация рядами ЭОФ северополушарных полей облачности по спутниковым данным // ИЗК, 6, с. 8-15.

50. Роджерс P.P. Краткий курс физики облаков. JL: Гидрометеоиздат, 1979,231 с.

51. Санников А.А., Кондратьев B.C. Оптимальный синтез измерителей параметров объектов неразрушающего контроля. М.:«Дефектоскопия», 1989, 4, с. 67-73.

52. Санников А.А. Развитие теории энергетического контроля, разработка средств и методов оценки состояния поверхности деталей и узлов авиационной техники. Диссертация на соискание уч. ст. д.т.н., М.: МГАПИ, 1990.

53. Санников А.А. Энергетическая концепция в оценке технического состояния поверхностных слоев металлических изделий // «Информатика и технология», сборник научных трудов МГУПИ, ч. 2, М. 2006.

54. Семенченко Б.А. «Физическая метеорология», М.: «Аспект Пресс», 2002,415 с.

55. Сивков С.И. Методы расчета характеристик солнечной радиации. Л.: Гидрометеоиздат, 1968, 232 с.

56. Скляров Ю.А., 2001: Проблема оценки многолетнего тренда солнечной постоянной и его связи с глобальной температурой // ИЗК, 6, с. 11-17.

57. Скляров Ю.А., Бричков Ю.И., Воробьев В.А., Котума А.И., 1999: Измерения уходящего коротковолнового излучения и альбедо радиометрам ЖОР с ИСЗ «Метеор-3» // ИЗК, 7,2, с. 15-26.

58. Скляров Ю.А., Бричков Ю.И., Котума А.И. и др., 2000: Радиометрические измерения с ИСЗ «Ресурс-01» // ИЗК, 4, 3, с. 58-63.

59. Слепцов В.В., Величко А.П. «Сканирующая инфракрасная радиометрическая установка для дистанционных исследований основных характеристик облаков различных типов» // Журнал «Приборы», №8 (74) 2006, с.

60. Соловьев В.И., Успенский А.Б., Кухарский А.В., 2002: Температурно-влажностное зондирование атмосферы регионального покрытия по данным ИСЗ «NOAA-16» // Метеор, и гидр., 2, с. 52-63.

61. Соловьев В.И., Успенский А.Б., Кухарский А.В., 2003: Опыт регионального температурно-влажностного зондирования атмосферы по данным ИСЗ NOAA // Метеор, и гидр., 2.

62. Справочник по инфракрасной технике: В 4 т. / Под ред. У. Вольфа и Г. Цесиса; Пер. с англ. Васильченко Н.В., Есакова В.А. и Мирошникова М.М. М.:Мир, 1995.

63. Таубкин И.И., Тришенков М.А. Предельная чувствительность и информативность тепловизоров и других оптико-электронных преобразователей изображения // Оптич. журнал, т.63, №6, 1996, с. 18 — 41.

64. Таубкин И.И., Тришенков М.А. Сравнительная оценка информативности визуальных и тепловизионных методов наблюдения в условиях теплового баланса Земли // Оптич. журнал, т.62, №4, 1995, с. 11 — 18.

65. Хадсон Р. Д. Инфракрасные системы. М.: Мир, 1972, 534с.

66. Хргиан А.Х. Физика атмосферы. JL: Гидрометеоиздат, 1978, т. 1,247 е., т. 2,219 с.

67. Трищенков М. А. Фотоприемные устройства и ПЗС. Обнаружение слабых оптических сигналов. М.: Радио и связь, 1992, 400с.

68. Якушенков Ю. Г., Луканцев В. Н., Колосов М. П. Методы борьбы с помехами в оптикоэлектронных приборах. М.: Радио и связь, 1981, 180с.

69. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. М.: Логос, 2004, 480 с.

70. Auston P.M., Houze R. A. Analisis of the structure of price pitetion patterns in New England // J. Appl. Met., 1972, vol. II, p. 926-935.

71. Barnet I.I., Carney M. Middle Atmosphere Reference Model Derived from Satellite Data. Middle Atmosphere Programm, v. 16, 1985, p. 4786.

72. Bedritsky A.I., Asmus V.V., Uspensky A.B., 1999: Current and future Russian meteorological satellite systems and their application // Proc. of the 1999, Eumetsat Meteor. Sat. Data Users'Conf.

73. Born M., Wolf E., Principles of Optics, Pergamon Press, 1975.

74. Dauguet A., La detection des radiations infrarouges, Dunod, Paris,1964.

75. Devara P. C. S. and Raj P. E. A lidar study of atmospheric aerosols du-ring two centrasing monsoon seasons/VAtmosphera, vol № 4, 1998, p. 199204.

76. Driscoll W., Handbook of Optics, McGraw, 1978.

77. Dyaduchenko V.N., Asmus V.V., Uspensky A.B., 2002: Russian weather satellites: mission objectives and development perspectives // The 2002 Eumetsat Meteorological Satellite Data User's Conf. Dublin, Ireland. 02-06 Sept. 2002.

78. Gurvich A.S. and V.L. Brekhovskikh, 2001: Study of the turbulence and inner waves in the stratosphere based on the observations of stellar scintillations from space: A model of scintillation spectra // Waves in Random Media, 11, 3, p. 163-181.

79. Hadni F., Essential of Modern Physics Applied to the Study of the Inferared, Pergamon Press, 1976.

80. Hougton J.T., Smith S.D., Infrared Physics, Clarendon Press, Oxford, 1966.

81. Hoist G.C. Testing and evaluation of infrared imaging system: 2nd ed. Winter Park, FL: JCD Publishing, 1998, 422 p.

82. Hudson R., Infrared System Engineering, Wiley, Interscience,1969.

83. Hudson R., Hudson J., Infrared Detectors, Dowden, Hutchinson and Ross, Wiley, 1975.

84. Irwin A., Oleson J., Rodinson R. MIRAGE: calibration radiometry system // SPIE Proc., 2000, V. 4030, p. 77-83.

85. Jamieson J., McFee R., Plass G., Grube R., Richards R., Infrared Physics and Engineering, McGraw, 1963.

86. Jacobs P.A. Thermal infrared characterization of groud targets and backgrounds // SPIE Tutorial Text in Optical Engineering, V. TT26. Bellingham, Washington/ 1996.

87. Jenkins F., White H., Fundamentals of Optics, McGraw, 1957.

88. Jonson R. Vertical Motion in Near-Equatorial Winter Monsoon Convection//Jorn. Of Japan. Vol. 60, №2, 1982, p. 682-689

89. Keyes R,J., Optical and Infrared Detectors, Topics in Applied Physics, vol. 19, Springer, 1977.

90. Kingston R.H., Detection of Optical and Infrared Radiation, Series in Optical Sciences, vol. 10, Springer, 1978.

91. Kruse R., McGlauchlin L., McQuistan R., Elements of Infrared Technology, Wiley, 1963.

92. Lloyd J.M., Thermal Imaging Systems, Plenum Press, 1975.

93. Mullard L.T.D., London, Applications of Infrared Detectors, 1971.

94. Pozdnyakov D.V., Lyaskovsky A. V. 1999: A model study of the adequacy of some case II water quality retrieval algorithms suggested for inland and marine coastal waters // Earth Obs. Rem. Sens., 1, p. 70-78.

95. Pozdnyakov D.V., Lyaskovsky A.V., Grassl H., Pettersson L. 2001: Assessment of bottom albedo impact on the accuracy of retrieval of water quality parameters in the coastal zone // Earth Obs. Rem. Sens., 6, p. 3-8.

96. Pozdnyakov D.V., Lyaskovsky A.V., Grassl H., Pettersson L. 2002. Numerical modelling of transspectral processes in natural waters: implication for remote sensing I I Int. J. Rem. Sens., 23, 8, p. 1581-1607.

97. Report on the Field Phase of the GARP Atlantic Tropical Exeperiment. Meteorological Atlas. GATE, rep. № 17, WMO, 1975,117 p.

98. Robinson L.C., Physical Principles of far-Infrared Radiation, Method of Experimental Physics, vol. 10, Academic Press, 1973.

99. Semenchenko B. A., Kislov A. V. The factors of variability of radiation fluxes on the oceanic surface in the tropics // Рос. Int. Sci. Coonst. «Energetics of the tropical atmosphere». ICSU/WMO, 1978, p. 189-195.

100. Smith R.A., Jones F.E., Chasmar R.P., The Detection and Measurement of Infrared Radiation, Second Ed., Oxford, Clarendon Press, 1968.

101. Smith W., Modern Optical Engineering, McGraw, 1966.

102. Stimson A., Photometry and Radiometry for Infrared Techniques, Wiley, Interscience, 1974.

103. Vanzetti R., Practical Applications of Infrared Techniques, Wiley, Interscience, 1972.

104. Vasco A., Infrared Radiation, Iliffe Book LTD, London, 1963.

105. Willarson R.K., Beer A., Semi conductors and Semi metals, Infrared Detectors, vol. 5, Academic Press, 1970.

106. Wolfe W., Handbook of Military Infrared Technology, Office of Naval Research, Department of the Navy, Washington, D.C., 1965.

107. Wolfe W., Zissis G., Infrared Handbook, Office of Naval Research, Department of the Navy, Arlington, V.A., 1978.

108. Yudin, V.A., S.P. Smyshlyaev, M.A. Geller, and V. Dvortsov, 2000: Transport diagnostics of GCMs and implications for 2-D chemistry-transport model of troposphere and stratosphere // J. Atmos. Sci., 57, p. 673-699.

109. Zabolotskikh E.V., L. M. Mitnik, L. P. Bobylev, О. M. Johannessen, 2000: Neural networks based algorithms for sea surface wind speed retrieval using SSM/I data and their validation // Earth Obs. Rem. Sens., 2, p. 61-71.