Олейников В. Н., Соляник О. А., Євсєєв Д. Б. Харківський національний університет радіоелектроніки Пр. Леніна, 14, Харків -61166, Україна тел. (0572) 43-17-58, e-mail: ort@kture.kharkov.ua


Анотація Представлені результати дослідження характеристик турбулентних процесів отриманих на атмосферної РЛС вертикального зондування метрового діапазону. Оцінені розміри зовнішнього L0 і внутрішнього масштабу 10 турбулентності, коефіцієнт анізотропії зовнішнього масштабу турбулентності і час життя неоднорідностей.

I. Вступ

Радіолокаційні станції вертикального зондування (РЛС ВЗ) призначені для дистанційного безконтактного визначення параметрів поля швидкості вітру над точкою зондування в тропосфері і нижній частині стратосфери [1, 2]. Для отримання інформації про динаміку атмосферних рухів використовується явище відбиття електромагнітних хвиль від неоднорідностей діелектричної проникності атмосфери. Тимчасове положення відбитого сигналу і зсув по частоті, обумовлений ефектом Доплера, дають точну інформацію про висоту і швидкості переміщення атмосферних неоднорідностей. Аналіз параметрів відбитих сигналів дозволяє отримувати в реальному масштабі часу інформацію про висотно-часових полях швидкості вітру та інтенсивності турбулентних процесів в атмосфері та інших її характеристиках.

II. Основна частина

Для дослідження анізотропії мезомасштабної турбулентності використовувалися значення ширини спектра швидкості меридіональної пром і зональної про3 складової. В якості міри анізотропії А взято відношення ширини спектра швидкостей меридіональної і зональної компоненти, виражені в децибелах. Висотно-часове поле модуля параметра А для рівнів, перевищують 4 дБ, представлено на рис.1. Виділяються області підвищеної анізотропії відповідають осередкам перебудови вітрового режиму і областям збільшеної ширини спектра швидкостей. Порівнюючи це поле з полем модуля швидкості вітру можна відзначити, що області параметра А що перевищує величину 4 дБ майже не зустрічаються при швидкостях вітру менше 20 м / с, крім цього спостерігається помітна кореляція параметра анізотропії А з шириною спектру швидкостей.

Для оцінки абсолютних величин зовнішнього і внутрішнього масштабів турбулентності були використані дані аерологічної зондування та усереднені годинні вимірювання профілів потужності.

Відбивна здатність турбулентної атмосфери визначається флуктуаціями діелектричної проникності повітря і може бути описана структурної постійної показника заломлення повітря Зп2. Ця постійна може бути визначена за метеорологічними даними, одержуваним на станції аерологічної зондування або за допомогою радіолокаційних методів.

Порівняльний аналіз величини структурної постійної Зп2 отриманими за метеорологічними даними і даних радіолокаційного зондування РЛС ВЗ, дозволяє оцінити величину коефіцієнта турбулентного обміну Кт. За допомогою оціненої величини Кт і висотного градієнта профілю швидкості вітру можна визначити швидкість дисипації енергії турбулентності в одиниці маси. Переймаючись табличним значенням величини кінематичної в’язкості можна оцінити найменший розмір неоднорідностей 1о і час життя цих неоднорідностей Те .. Слід мітити, що потужність відбитого сигналу не інваріантна відносно початкової орієнтації електричного вектора излученной хвилі. Динамічний діапазон зміни усередненої потужності спектра турбулентної складової порядку 40 дБ. Відмінність профілів усередненої потужності (зональної і меридіональної) виливається на відміну розрахованих значень зовнішнього масштабу турбулентності в двох ортогональних напрямках, тобто анізотропію зовнішнього масштабу турбулентності.

Слід зазначити, що для інтервалу висот

3,5 … 7,5 км і 8 … 12 км коефіцієнт анізотропії зовнішнього масштабу турбулентності (відношення зовнішнього масштабу турбулентності Lo, отриманого при зондуванні в зональному напрямку до зовнішнього масштабу турбулентності отриманому при зондуванні в меридіональному напрямку) перевищує одиницю. В районі тропопаузи спостерігається значне збільшення коефіцієнта анізотропії, яке досягає восьми.

гіс. I аисотно-тягаря поле анізотропії ширини спектра швидкостей Fig. 1 Time-altitude field of the anisotropy of the velocity spectral width

ESTIMATION OF TURBULENCE CHARACTERISTICS IN THE TROPOSPHERE BY RADAR SOUNDING

Рис. 2 Межі інерційного діапазону довжин хвиль Fig. 2 The lower and upper limits of the inertial wavelength

Oleynikov V., SolyanikO., Evseev D.

Kharkov National University of Radioelectronics Lenin av.14, Kharkiv 61166, Ukraine tel, (0572) 43-17-58 e-mail: ort@kture.kharkov.ua

Abstract In this paper we present some results of the atmospheric turbulence measurements obtained by the tropospheric wind profiling radar. The inner l0 and outer L0 scales of the inertial turbulence were estimated, as well as turbulence lifetime and spatial anisotropy coefficient for L0.

Час життя неоднорідностей для аналізованого інтервалу висот становить 1 … 10 сек, а для окремих висот може досягати 5 … 10 хв.

Результати спільних аерологічних вимірів і РЛС ВЗ дозволили оцінити абсолютну величину кордонів інерційного діапазону довжин хвиль (рис. 2). Для інтервалу висот 2,5 … 8 км зовнішній масштаб турбулентності був більш або дорівнює 10 м, досягаючи іноді величини 100 м і більше. В цілому характер зміни зовнішнього масштабу турбулентності відповідає теоретичному значенню, залишаючись майже на порядок менше, для висот атмосфери вище тропопаузи.

III. Висновок

В роботі на основі спільних аерологічних даних і вимірювань на РЛС ВЗ оцінені характеристики турбулентних процесів в тропосфері.

IV. Список літератури

1. Кащеєв Б. Л., Жуков В. В, Олейников В, Н. Дослідження атмосферних динамічних процесів в нижній термосферу і тропо-стратосфері. Метеорні дослідження. М.: ВІНІТІ, 1988, № 14. с. 19-38.

2. Кащеєв Б, Л,, Олейников В, Н., Сліпченко Н. І. та ін Радіолокаційний вітрової профілометр «Харша». Радіотехніка. Всеукр. мiжвiд. науч. техн. СБ, 2001, вип. 120, с. 42-49.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.