Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические исследования параметров облаков и лидарно-радиометрического метода их контроля 11
1.1. Исследование переноса излучения в атмосферы 11
1.2. Влияние облаков на распространение ИК-излучения 13
1.3. Радиационные характеристики облаков 17
1.4. Метод лидарно - радиометрического зондирования метеопараметров облаков 35
1.5. Выводы 44
Глава 2. Разработка структуры и конструкции автоматизированного сканирующего ИК-радиометрического комплекса 45
2.1. Анализ базовой измерительной ИК-радометрической установки 45
2.2. Теоретические исследования вариантов автоматизации процесса начальной установки и наведения на объект лидарно-радометрического комплекса 51
2.3. Структура и состав автоматизированного сканирующего
2.4. ИК-радиометрического комплекса 56
2.5. Разработка и расчет кинематической схемы системы приводов ориентации и наведения автоматизированного сканирующего ИК-радиометрического комплекса 59
2.6. Выводы 79
Глава 3. Разработка алгоритма управления автоматизированного сканирующего ИК-радиометрического комплекса и программного обеспечения 80
3.1. Разработка алгоритма управления приводом системы ориентации и наведения автоматизированного сканирующего ИК-радиометрического комплекса 80
3.2. Разработка программного обеспечения для управления автоматизированным сканирующим ИК-радиометрическим комплексом с помощью ПЭВМ 94
3.3. Оценка точности и быстродействия измерения метеопараметров облаков и атмосферы автоматизированным сканирующим ИК-радиометрическим комплексом 103
3.4. Выводы 109
Глава 4. Разработка методики проведения комплексных лиддрно-радиометрических измерений на автоматизированном сканирующем ИК-радиометрическом комплексе 110
4.1. Разработка методики проведения лидарно-радиометричес-ких измерений метеопраметров облаков на автоматизированном ИК-радиометрическом комплексе 110
4.2. Разработка методики и алгоритма комплексной обработки данных лидарно-радиометрических измерений метеопараметров облаков 117
4.3. Исследование разработанной лидарно-радиометрической аппаратуры в реальных условиях 129
4.4. Анализ некоторых метеорологических параметров облаков различных типов на основе результатов обработки сезонных измерений 136
4.5. Выводы 139
Заключение 140
Список Использованных Источников 141
Приложение
- Метод лидарно - радиометрического зондирования метеопараметров облаков
- Теоретические исследования вариантов автоматизации процесса начальной установки и наведения на объект лидарно-радометрического комплекса
- Разработка программного обеспечения для управления автоматизированным сканирующим ИК-радиометрическим комплексом с помощью ПЭВМ
- Разработка методики и алгоритма комплексной обработки данных лидарно-радиометрических измерений метеопараметров облаков
Введение к работе
Развитие науки и техники привело к увеличению воздействия человека на природу и природы на жизнедеятельность человека. Возрос интерес к природным явлениям, их количественным характеристикам и повторяемости. Все больше внимания стало уделяться погоде и климату, важным составным элементом которых являются облака.
Облака покрывают большую часть небосвода и влияют на многие процессы, протекающие в атмосфере и формирующие погоду, - на тепловой баланс системы Земля - атмосфера, на прохождение в атмосфере электромагнитных волн и др.
Новейшие научно-технические направления, соприкасающиеся с атмосферой, потребовали знания параметров облаков - геометрических, физических и географических характеристик, их пространственно-временной изменчивости и т.д. Необходимость в таких сведениях появилась у тех, кто работает в области прогнозирования погоды, изучения климата и его моделирования, космических исследований, авиационной и радиолокационной техники и др. Это привело к необходимости привлекать новые дистанционные средства измерений, в которых применяется программируемая измерительная и вычислительная техника, позволяющая автоматизировать процессы зондирования атмосферы, анализа результатов и выдачи информации в реальном масштабе времени.
С середины 40-х годов прошлого века в СССР, США, а затем и в других странах начались расширенные исследования облаков с помощью наземных станций и аэростатов, позднее появились лаборатории на самолетах. По данным этих наблюдений были составлены первые обстоятельные сводки сведений о высоте, повторяемости и микрофизическом состоянии различных типов облаков [39, 78]. Начиная с середины 1960-х годов, при исследовании климатологии облаков используются также метеорологические спутники. Они позволяют боле наглядно представить
облачность в глобальном масштабе. Данные наблюдений со спутников составили основу для ряда статистических и справочных публикаций о количестве облаков, их формах, глобальном распределении, взаимосвязи типов и т.д. [75].
Система зондирования атмосферы, удовлетворяющая современным требованиям науки и практики, состоит из средств космического самолетного, корабельного и наземного базирования. Она должна обеспечивать получение массивов количественных данных с требуемым пространственно-временным разрешением по погодообразующим параметрам (давление, температура, влажность, газовые компоненты, аэрозоли и облака) [49, 62]. При такой постановке задачи мониторинга атмосферы можно рассчитывать на существенное повышение надежности прогнозов погоды и одновременно загрязнения окружающей среды, включая наступления экологически опасных ситуаций и всевозможных катастрофических явлений.
Десятки тысяч метеостанций и постов, разбросанных по всему миру, собирают информацию о погоде и климате на Земле. Однако даже на территории отдельных материков распределены они крайне неравномерно, поэтому глобальную метеорологическую картину получить пока трудно. Существуют и долгосрочные программы изучения облаков, выполняемые наблюдателями с поверхности Земли и дающие важные сведения в области различных облачных явлений, но для того, чтобы провести полное и детальное исследование, их все же недостаточно [47].
Несмотря на бурное развитие программного обеспечения, темпы развития методов и аппаратуры для проведения измерения параметров облачности крайне невысоки. Существующая, на данный момент, для этих целей измерительная аппаратура требует постоянного участия оператора как в процессе наведения и измерения, так и в дальнейшей обработке экспериментальных данных. Автоматизация этих процессов позволит уменьшить зависимость результатов от субъективных особенностей
оператора. Кроме того, она имеет большие стоимость и габариты, что делает ее непригодной для проведения оперативных исследований в полевых условиях. По этим причинам особую актуальность приобретает разработка современных, простых в производстве и обслуживании, мобильных, автоматизированных и надежных установок для контроля метеопараметров облачности.
Основной тенденцией развития такой аппаратуры является полная автоматизация процессов измерения и обработки полученных данных, с целью свести к минимуму работу оператора.
Ранее в многочисленных работах было теоретически и экспериментально обосновано одновременное применение лидарно -радиометрических методов [25]. Проведение совместных ИК- и СВЧ-радиометрических, лидарных и радиолокационных измерений позволяет изучать комплекс проблем, связанных с переносом оптического излучения в атмосфере. При этом необходимо учитывать термодинамическое состояние атмосферы: вертикальные профили температуры, влажности и ветра, распределение аэрозоля [44]. Перспективным направлением является разработка измерительных комплексов, работающих в видимом, ближнем инфракрасном диапазонах длин волн и в «окне» прозрачности атмосферы 8 — 14 мкм, сочетание лидарно-радиометрических приборов позволяет получить дополнительную информацию о термодинамическом состоянии атмосферы.
Цель диссертации: Повышение точности и быстродействия измерения и обработки метеопараметров облаков и атмосферы ИК-радиометрическим комплексом за счет полной автоматизации процессов ориентации и наведения комплекса, измерения и последующей обработки экспериментальных данных.
Научная новизна:
Предложено новое техническое решение построения автоматизированного комплекса, позволяющее проводить лидарно-радиометрические исследования параметров атмосферы с техническими характеристиками, превышающими базовый вариант: точностью измерения радиационной температуры метеообъекта, находящегося у горизонта, на 25% и быстродействием в 4,5 раза.
Разработана методика проведения оперативных лидарно-радиометрических измерений метеопараметров облачности на автоматизированном сканирующем ИК-радиометрическом комплексе.
Разработан алгоритм управления приводом системы ориентации и наведения лидарно-радиометрического комплекса на метеообъект, позволяющий проводить измерения в любой точке небосвода с 2-х координатной ориентацией плоскости сканирования.
Разработан алгоритм комплексной обработки экспериментальных данных для получения радиационных параметров облачности различных типов, проводящейся сразу после завершения цикла измерения.
Решаемые задачи:
Исследование путей повышения точности и быстродействия лидарно-радиометрического метода дистанционного зондирования за счет полной автоматизации процессов ориентации и наведения лидарно-радиометрического комплекса, измерения и последующей обработки экспериментальных данных.
Исследование возможности автоматизации сканирующего ИК-радиометрического комплекса, повышающие точность и быстродействие:
процессов ориентации (начальной установки) и наведения лидарно-радиометрического комплекса на объект;
процессов лидарно-радиометрических измерений и обработки данных, расчета радиационных параметров метеообъекта.
Создание автоматизированного ИК-радиометрического комплекса, включающего сканирующую установку и лидары для проведения лидарно-радиометрических измерений метеопараметров облаков и атмосферы в любой точке небосклона с управляемой плоскостью сканирования без промежуточной перенастройки установки.
Разработка алгоритма управления приводом системы ориентации и наведения лидарно-радиометрического комплекса на объект, позволяющего повысить быстродействие измерения метеопараметров облаков.
Разработка методики лидарно-радиометрических измерений и алгоритма комплексной обработки данных, позволяющие осуществлять оперативный автоматизированный непрерывный контроль метеопараметров облачности различных типов.
Проведение экспериментального исследования автоматизированного ИК-радиометрического комплекса в реальных условиях.
Методы и средства исследования
Эксперименты проводились на созданной модели комплекса с использованием универсальных и специализированных приборов. Экспериментальные исследования проведены как в лабораторных, так и в полевых условиях. Регистрация полученных в ходе экспериментов данных и их последующая обработка производилась с помощью ПЭВМ. Для математических расчетов и обработки полученных экспериментальных данных применялись пакеты программного обеспечения MathCad, «Осциллограф» (программа для управления ИК-лидаром) и Microsoft Excel. В теоретических исследованиях применялись теории физики атмосферы, механики, материаловедения, функции ошибок, статистические методы.
Краткое содержание глав диссертации: Введение
Излагается цель, научная новизна, решаемые задачи и очерчивается область применения.
Приводится краткое описание по главам и основные научные положения, выносимые на защиту.
Метод лидарно - радиометрического зондирования метеопараметров облаков
Применение инфракрасных систем (радиометров) совместно с техникой, работающей в соседних спектральных диапазонах (фоторегистрирующей аппаратуры видимого диапазона и ИК-установки для параллельного зондирования) дает возможность измерить и определить следующие радиационные характеристики атмосферы и подстилающих поверхностей [30, 52, 87]: 1. Распределение по высоте в атмосфере температуры, влажности и плотности воздуха, скорости и направления ветра; 2. Пространственное распределение облачности, высота и температура нижней границы, водность, водозапас и некоторые другие характеристики облаков; 3. Температура, влажность воздуха и параметры ветра в приземном слое атмосферы, дальность видимости, характеристики осадков, температура и влажность поверхности почвы; 4. Лучистость атмосферы и облаков (в спектральных диапазонах, разрешаемых приборами аппаратурного комплекса) при различных углах зондирования; 5. Спектральная излучательная способность различных естественных поверхностей, в том числе покрытых растительностью; 6. Зависимость лучистости атмосферы от влагосодержания, в том числе и угловые зависимости; 7. Оптические толщины атмосферы; 8. Коэффициенты черноты облаков различной формы; 9. Влияние подоблачного слоя атмосферы и подстилающей поверхности на излучение облаков; 10. Пропускание облаками излучения Солнца в «окне прозрачности атмосферы» (8-14 мкм);
Совместное определение температурного профиля и интенсивности нисходящего излучения открывает принципиальные возможности измерения высоты облаков нижнего яруса, используя ИК-радиометрическую аппаратуру. Однако, на пути практической реализации этого метода могут возникнуть определенные трудности.
Для того, чтобы оценить возможные погрешности данного метода, были проведены расчеты для упрощения (идеализированной) слоистой модели атмосферы, а также проведено сопоставление результатов измерений высоты нижней границы облаков, полученных совместно светолокационным (лидарным) и ИК-радиометрическим методом [63, 74, 91, 115]. Рассмотрим результаты расчета.
Пусть на высоте Н в атмосфере расположено облако, излучающее как серое тело с излучательной способностью е05л и температурой ТО0Л на уровне нижней границы Н. Подстилающая поверхность имеет излучательную способность єп и температуру Тп.
Для определения интенсивности нисходящего излучения атмосферы на уровне подстилающей поверхности решается обычное уравнение переноса длинноволнового излучения в свободной атмосфере при следующем граничном условии на высоте Н: где L \Тоб1)- энергетическая яркость собственного излучения облака, определяемое как излучение абсолютно черного тела при температуре Т0вл\ обч(Ф — излучательная способность облака в направлении зенитного угла в (считаем, что облако излучает по закону Ламберта и интенсивность его излучения не зависит от направления, т.е. є0бл не зависит от в); Аобл — альбедо облака в области спектра 8-14 мкм (при сделанных выше предположениях оно не зависит от в); L {н) яркость восходящего излучения атмосферы, пришедшего на высоту Н, и определяемая собственным восходящим излучением подоблачного слоя атмосферы и излучением земной поверхности. где є„ (L J - излучательная способность подстилающей поверхности (если предположить, что подстилающая поверхность излучает по закону Ламберта, то БП не зависит от в); L(Tti) — яркость излучения абсолютно черного тела при температуре Тп , ха(6 ,Н) - функция пропускания подоблачного слоя атмосферы в направлении в\
Яркость нисходящего излучения на уровне земной поверхности при наличии плотных облаков нижнего яруса в направлении в можно представить в виде: где LJ(0,O) — интенсивность нисходящего излучения подоблачного слоя атмосферы.
Расчеты, выполненные по соотношению (1.55) с учетом (1.53), показали, что для зенитного угла 0 поле нисходящего излучения атмосферы определяется в основном собственным излучением облака. Результаты этого расчета представлены в таблице 1.4, где для различных высот расположения облака показан вклад собственного излучения облака Ьобл(0,0) в величину противоизлучения атмосферы L(0,0) на уровне земной поверхности: Ьобл(0,0) / Ц0,0). Расчеты приведены для зенитного угла 0 и влагосодержания атмосферы 22,5 г/м . В расчетах принималось, что єобл = 0,95, гп = 0,05, Аобл = 0,02.
Анализ данных, представленных в таблице 1.4, показывает, что вклад собственного излучения облака уменьшается от 97% до 76% при увеличении высоты облака от 0,2 до 3 км. Высота облаков типа Sc и St редко превышает 1 км. При этом вклад собственного излучения облаков в указанной выше модели не меньше 87%. Таким образом, проведенные оценки указывают на возможность определения высоты облаков типа Sc и St по измерениям интенсивности нисходящего излучения атмосферы в направлении зенита.
Измеряя интенсивность нисходящего излучения, можно определить температуру излучающего объекта (облака) и, воспользовавшись данными радиозондирования, определить высоту облака (таким методом определяют температуру подстилающей поверхности и высоту верхней границы облаков со спутников).
Оценим возможную ошибку в высоте нижней границы облаков. Она связана с влиянием излучения подоблачного слоя атмосферы и поглощением собственного нисходящего излучения облаков подоблачным слоем атмосферы. Если первый фактор увеличивает, то второй - уменьшает измеряемую радиационную температуру. Кроме того, погрешность определения высоты облаков зависит от точности измерения радиометром интенсивности нисходящего излучения, а также от точности радиозондовых измерений. Необходимо также учитывать отличие излучательной способности облака от единицы и некоторую неопределенность самой этой величины.
Теоретические исследования вариантов автоматизации процесса начальной установки и наведения на объект лидарно-радометрического комплекса
Рассмотрим пути автоматизации отмеченных процессов [55]. В первую очередь определимся с взаимным расположением приборов: оптические оси лидаров необходимо располагать соосно с оптической осью базовой сканирующей ИК-установкой, чтобы дистанционно зондировать участок небосвода в нескольких спектральных диапазонах различными способами для повышения точности измерений. Вся эта система должна иметь возможность одновременно изменять свое положение по азимуту и углу места.
Рассмотрим первую схему построения автоматизированного комплекса, представленную на рисунке 2.7. Аппаратура располагается на единой монтажной платформе 4, закрепленной на валу вращения 5. Вал на подшипниках устанавливается в стойках 7, которые крепятся к общей платформе 8, расположенной на поворотном «столике» 9.
Поскольку монтажная платформа 4 вместе с измерительными блоками 1-3 вынесены относительно вала вращения 5, для нормальной работы приводов требуется противовес всего комплекса, уравновешивающий вращающий момент на валу, создаваемый системой 1-4. Это значительно увеличивает вес всего комплекса и его габариты, что влечет за собой применение более мощных электроприводов, а дополнительная нагрузка на горизонтальный привод ставит под сомнение использование фрикционной передачи.
Данная схема дает возможность наведения комплекса только по двум координатам при строго определенной ориентации плоскости сканирования в зависимости от положения сканирующего узла на монтажной платформе.
Вторая схема представлена на рисунке 2.8. Приборы 1-3 устанавливаются и закрепляются в корзине 1 с учетом их взаимной соосности и примерным расположением центров тяжести на оси вращения. Корзина закреплена на двух больших зубчатых колесах 6, сопряженных с ведущими зубчатыми колесами 4 привода наведения по углу места 7. Привод располагается на азимутальном поворотном «столике» 8, который устанавливается на общую платформу 9.
Преимущества данной схемы по сравнению с предыдущей: эта система не требует дополнительной балансировки, облегченный вариант оснастки позволяет использовать фрикционные передачи для электрических приводов. Недостаток такой же, как и в первой схеме, она дает возможность наведения комплекса только по двум координатам при строго определенной ориентации плоскости сканирования.
Третья схема построения автоматизированного комплекса представлена на рисунке 2.9. К преимуществам такой схемы построения можно отнести следующее: возможность наведения комплекса по трем координатам и ориентирования плоскости сканирования, для работы приводов не требуются противовесы, габариты и масса уменьшаются. Недостатком является сложность изготовления полусферы.
Измерительная аппаратура крепится на монтажной платформе 5, которая располагается внутри полусферы 4 (рис. 2.10). Полусфера может изменять свое положение по азимуту и углу места с помощью приводов вертикального и горизонтального наведения 6-7, установленных на опорной платформе 8.
Было предложено несколько вариантов расположения и крепления измерительной аппаратуры, проанализированы их достоинства и недостатки по основным критериям отбора, а именно, динамический диапазон, простота конструкции, габариты, масса, точность сборки, необходимость регулировки и т.д. Наиболее оптимальной по выше перечисленным критериям является третья схема, она имеет большие функциональные возможности и позволит осуществлять дистанционное зондирование облаков в любых точках небосклона и при любых углах положения плоскости сканирования.
Разработка программного обеспечения для управления автоматизированным сканирующим ИК-радиометрическим комплексом с помощью ПЭВМ
Программная часть системы управления лидарно-радиометрическим комплексом представляет собой приложение, работающее в среде Microsoft Windows ХР. Пользователь задает начальные координаты сканирования. Программная среда (ПС) формирует запрос и отсылает его в лидарно- радиометрический комплекс. В ответ приходят действительные значения координат XYZ. ПС рассчитывает необходимые смещения по трем координатам и отсылает величины поправок на управляющую систему лидарно-радиометрического комплекса. В результате лидарно- радиометрический комплекс наводится на заданную точку и начинает сканирование пространства. Создана программа при помощи MFC (Microsoft Foundation Classes), что значительно облегчает разработку благодаря автоматизации создания различных элементов управления, таких как диалоговые окна и элементы этих окон (кнопки, меню и т.д.). Работа программы начинается с открытия СОМ-порта. Для доступа к функциям СОМ-порта была применена динамическая библиотека SerialGate.dll . SerialGate.dll - динамическая библиотека для работы с СОМ портами на языке C++. Она упрощает программирование последовательных портов за счет использования классов, дает возможность определять все установленные в системе СОМ порты. Корректно работает как с реальными, так и виртуальными СОМ портами. В основе библиотеки лежит класс SerialGate. Используя его методы можно выполнять наиболее часто востребованные действия на СОМ портом: прием - передача данных, управление линиями взаимодействия, определение доступных портов в системе и т.д. Подключение динамической библиотеки к проекту на уровне разработки происходит при помощи заголовочного файла SerialGate.h, содержащего интерфейс с объектами и функциями-членами класса. Для запуска готовой, откомпилированной программы нужно поместить файл SerialGate.dll в папку с исполняемым файлом. При запуске программы обращается к этой библиотеке и получает доступ на управление ее ресурсами для управления СОМ-портом.
При этом мы можем выбрать любой из свободных портов, представленных в компьютере и задать скорость передачи данных через этот порт (baud rate). После открытие порта включается таймер, который через определенные промежутки времени опрашивает порт и получает данные о координатах X, Y и Z положения лидарно-радиометрического комплекса в пространстве. При нажатии на основные кнопки управления программа передает в СОМ-порт определенные, заранее оговоренные сигналы, которые для микроконтроллера являются сигналом для включения того или иного реле, управляющего одним из двигателей. Сигналы передаются в шестнадцатеричной форме в виде "OxNN", где "NN" — код передаваемого символа в таблице ASCII (таблица 3.2). Перечень передаваемых сигналов приведен в таблице 3.3. Передача данных происходит через функцию Send библиотеки SenalGate.h. При этом этой функции передается не только сам передаваемый символ, но и его размер в байтах. Если необходимо передать несколько байт сразу, происходит побайтовая передача данных. Также в окне программы представлена виртуальная модель лидарно-радиометрического комплекса (рис.3.6). Модель представляет собой трехмерную полусферу, повторяющую поведение реального ИК-комплекса. Это модель также может быть использована для управления лидарно-радиометрическим комплексом. В данном случае управление происходит при помощи манипулятора «мышь», что заметно упрощает различные манипуляции и делает их более наглядными. Модель отображается в контексте программы посредством стандартных средств MFC. Помимо этого, в окне программы происходит отображение данных, получаемых при помощи видеозахвата с видеокамеры, установленной на монтажной платформе. Программа также сохраняет все отправляемые и получаемые данные на жестком диске в текстовом формате. Полный листинг программы и заголовочного файла SerialGate.h приведены в приложении А. Алгоритм приведен в блок-схеме (рисунок 3.7).
Разработка методики и алгоритма комплексной обработки данных лидарно-радиометрических измерений метеопараметров облаков
На ПВЭМ поступают данные измерений от ИК-термометра, ИК-лидара, ЛЧМ, цифрового компаса, датчиков углов и метеокомплекта, а также видеоизображение с видеокамеры. Для данных измерений от ИК-термометра, ИК-лидара и ЛМЧ были разработаны отдельные алгоритмы обработки для получения основных метеопараметров зондируемого участка небосвода. На рисунке 4.6 приведена структурная схема комплексной обработки данных лидарно-радиометрических измерений.
Для обработки данных измерений, поступающих от ИК-термометра, необходима информация от датчиков углов о направлении сканирования и текущем угле сканирования, а также значения приземной температуры, давления и влажности от метеокомплекта. Для обработки данных измерений, поступающих от ИК-лидара и ЛЧМ, необходимы данные о угле с датчиков углов. На выходе системы комплексной обработки получаем основные метеопараметры зондируемого участка небосвода: температура НГ облака, высота НГ облака, его водность, водозапас и мощность.
Алгоритм обработки данных измерений от ИК-термометра разработан на базе эмпирических формул, приведенных в первой главе. Рассмотрим методику расчета на примере.
Для определения водности и других параметров облака необходимо знать температуру его нижней границы [43]. Допустим для кучевых облаков Си cong и Си med на фоне чистого неба летом в Москве температура их нижней границы(7ят , измеренная ИК-термометром, составляет -0,5С при направлении зенитного угла в = 42, приземная температура воздуха составляет То = 20С (293К) при относительной влажности/= 60%. Итак, Тнг (изм)= -0,5С. Кроме излучения от облака, ослабленного подоблачным слоем атмосферы, во входной зрачок ИК-термометром попадает и излучение этого подоблачного слоя [11]. Для того чтобы из измеренного значения выделить температуру непосредственно нижней границы данного облака, необходимо провести следующие преобразования. Для данного примера плотность потока излучения непосредственно от облака (его нижней границы) в измеряемом спектральном диапазоне R(AX)o6jl с учетом пропускания атмосферы можно определить из соотношения: где R(AX)4 „ — плотность потока излучения чистого неба (фона) в измеряемом спектральном диапазоне; г(АХ)атм — коэффициент пропускания атмосферы в данном спектральном диапазоне; R(AX)omp - плотность потока излучения подстилающей поверхности (земли) и восходящего потока подоблачного слоя атмосферы, переотраженного вниз нижней границей измеряемого облака. 1. Поскольку измеряемое облако достаточно мощное (Си cong), излучательная (поглощательная) способность s(AX) нижней границы стремится к единице, т.е. в этом случае альбедо нижней границы: Анг — 0 и R(AX)omp 0. 2. Для вычисления R(AX)U3M определим интегральную плотность измеряемого излучения: где Tlmi - радиационная температура, измеренная ИК-радиометром (T „ = 31 Аналогично определим плотность потока излучения чистого неба в этом же спектральном диапазоне. Допустим температура чистого неба; составляет около -45Є(228К)1 коэффициент пропускания атмосферыitamM, по методике, предложенной в литературе [35]. Коэффициент; т.н 0 зависит от содержания водяного пара в подоблачном слое, который неравномерно распределен по высоте. Для того чтобы более точно определить данный параметр, необходимо разбить высоту подоблачного слоя на подслои, в которых содержание водяного пара можно считать постоянным. Высоту подоблачного слоя можно было определить при измерениях различными методами. В нашем случае, считая атмосферу политропной, определим приблизительно высоту подоблачного слоя по среднему температурному градиенту (Тград = б,5/км): Разбиваем подоблачный слой на 15 одинаковых подслоев, т.е. толщина каждого составляет 200 м. Относительное содержание водяного пара в каждом из подслоев определим по графику (табл. 2 Прилож. В) по средней высотной точке. Учитывая, что относительная влажность в приземном слое атмосферы составляет 60%, для каждого подслоя получаем: 1-ый подслой: fx =0,6-0,96 = 0,576 (высота средней высотной точки Я, = 100м); 2-ойподслой: /2 =0,6-0,88 = 0,528 (Н2 =300м); и далее: Определяем толщину слоя осажденной воды для каждого подслоя, учитывая зенитный угол зондирования 0=42 [44]: где THi - температура воздуха z -ro подслоя (К); f, - относительная влажность z-го подслоя; е,- упругость насыщающих паров (Па) для Тн температуры воздуха; Нг средняя толщина г -го подслоя (Ht =const = 0,2 км). Упругость насыщающих паров в зависимости от температуры воздуха можно определить по табл. 3 Приложения В. Учитывая средний температурный градиент, для каждого подслоя получаем следующие значения: По таблице спектральных коэффициентов пропускания излучения парами воды для количества осажденной воды (см. Приложение В, табл. 4) с учетом интерполяции определяем приближенно коэффициент пропускания подоблачного слоя в спектральном диапазоне 8 — 14 мкм. Для более точного результата необходимо взять значения спектральных коэффициентов пропускания с наименьшим шагом. Результаты сведем в таблицу 4.1.
