Введение к работе
Современный этап развития социально-экономической деятельности характеризуется широким использованием'нетрадиционных методов ре-пения различного рода хозяйственных и военно-технических задач, что, в гастности, находит свое отражение в создании технических систем (ТС), функционирующих в широкой области высот - от средней стратосферы до шжней термосферы (стратосферная авиация, аэростатные комплексы, юзвращаемые элементы космических комплексов, многоразовые воздуш-ю-космические системы и др.)- В дальнейшем область атмосферы, заключенную в интервале высот от 20 до 80 км, будем называть средней ітмосферой (СА). Высокий уровень конструкционного и технологическо-о исполнения обеспечиваемых ТС, жесткие требования, предъявляемые к сачеству решаемых ими задач, предопределяют существенную зависимость эффективности функционирования этих систем от геофизических /словий (ГФУ), имеющих место в СА. В связи с этим встает вопрос детального и корректного учета ГФУ на всех этапах жизненного цикла та-сого рода ТС - от их разработки до применения по назначению.
В работах как отечественных, так и зарубежных исследователей про-іемонстрировано, что атмосфера как геофизический фактор, оказывает ;ущественное влияние на ход операций с применением ТС и их исход. Іричем влияние параметров атмосферы на высотах СА значимо даже при {евысоких аэродинамических качествах исследуемых объектов. Количественные оценки степени этого влияния свидетельствуют о том, что не-г'чет вариаций состояния СА при планировании применения рассматри-шемых систем может привести даже к недостижению целей операции. Зсе это свидетельствует о том, что совершенствование методического ап-іарата геофизического обеспечения (ГФО) функционирования как суще-;твующих, так и перспективных ТС, является мощным средством повы-иения эффективности операций с применением этих ТС.
Вопросам разработки методов прогнозирования и диагностики ГФУ іротекания процессов функционирования различного рода ТС на высотах DA посвящено значительное количество работ. Для решения задач синте-іа моделей СА, на которых базируются эти методы, использовались либо ризико-статистический, либо гидродинамический подходы. На пути ре-цения этих задач получены значимые как в теоретическом, так и в при-сладном плане, результаты. Следует, однако, заметить, что в проведенных занее исследованиях при диагностике состояния СА не уделено должного знимания вопросам учета такого важного информационного потока, как
поток информации, получаемый от сети аэрологических станций.
В настоящее время неоспоримым является факт наличия существенной взаимосвязи между процессами, протекающими в тропосфере, нижней стратосфере и процессами протекающими в СА. Учет этого обстоятельства позволяет в значительной мере повысить качество ГФО. Так, в исследованиях В.А. Ременсона и М.Н. Аникина (1991 г.) показано, что даже на уровне кластеризации множества ГФУ, возможно значимое повышение качества геофизического обеспечения. Кроме того, к настоящему времени получены существенные результаты в рамках проблем специализации прогнозов и синтеза специализированных методов прогнозирования и диагностики ГФУ в СА. В работах Ю.Н. Волконского (1985, 1992 г.г.) была высказана идея учета особенностей обеспечиваемой системы на этапе синтеза методов прогнозирования ГФУ, что позволяет существенно повысить качество методов ГФО.
Учитывая то обстоятельство, что существующие схемы ГФО функционирования ТС в СА предполагают широкое использование инерционных прогнозов, а также то обстоятельство, что диагностика состояния атмосферы непременно является первым этапом прогнозирования, необходимо констатировать, что задача диагностики состояния СА является весьма важной задачей ГФО.
Актуальность темы диссертационных исследований определяется:
-. непрерывным совершенствованием ТС, повышением уровня их конструкционного и технологического исполнения и, как следствие, усилением зависимости эффективности их применения от ГФУ;
необходимостью совершенствования методического аппарата ГФО функционирования ТС на высотах СА;
необходимостью дальнейшего исследования морфологии и динамики процессов, протекающих в СА.
Целью диссертационной работы является разработка методики диагностики состояния средней атмосферы по результатам радиозондирования при информационном геофизическом обеспечении функционирования технических систем в средней атмосфере, использование которой позволит повысить эффективность их применения.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи исследования.
- проанализировать и оценить степень влияния средней атмосферы
на протекание процессов функционирования технических систем;
. - выработать требования к диагностической информации о геофизических условиях применения обеспечиваемых систем;
исследовать статистическую структуру полей параметров состояния страто- мезосферы;
разработать модели вертикального распределения полей параметров атмосферы в страто- мезосфере;
разработать методику диагностики распределения параметров атмосферы в страто- мезосфере, основанную на созданных моделях и рекомендации по ее использованию в оперативной практике.
Основные научные результаты и их новизна состоят в следующем:
по данным ракетного и радиозондирования оценена статистическая структура полей параметров состояния страто- мезосферы в трех климатических зонах в сезоны перестройки атмосферной циркуляции;
разработаны модели вертикального распределения полей параметров атмосферы в страто- мезосфере;
проведен сравнительный анализ качества моделей вертикального распределения ветра и температуры в СА, построенных с использованием различных статистических методов;
разработана методика диагностики распределения параметров атмосферы в страто- мезосфере.
На защиту выносятся:
результаты исследования статистической структуры полей параметров состояния страто-мезозферы;
модели вертикального распределения полей параметров атмосферы в страто-мезосфере;
методика диагностики распределения полей параметров атмосферы в страто-мезосфере.
Научная ценность и практическая значимость работы определяется тем, что:
разработанные модели вертикального распределения полей параметров атмосферы могут быть использованы не только при разработке методов геофизического обеспечения функционирования технических систем на высотах средней атмосферы, но и при решении задач климатологии и задач экологического плана;
предложенные в работе методы использования аппарата теории чувствительности при построении специализированных физико-статистических методов диагностики и прогнозирования состояния средней атмосферы предоставляют возможность оценивания степени важности диагностической информации, поступающей от различных систем наблюдения;
- полученные оценки моментов вертикального распределения параметров средней атмосферы могут быть использованы при оценивании качества гидродинамических моделей.
Обоснованность и достоверность полученных в диссертационной работе результатов обусловлена аргументированностью исходных положений, логической непротиворечивостью рассуждений, корректным использованием современного математического аппарата и подтверждается согласованностью полученных результатов и сделанных выводов с некоторыми частными результатами других авторов, фундаментальными теоретическими положениями и имеющимся эмпирическим материалом.
Апробация и публикации. Результаты диссертации докладывались и получили одобрение на Научно-технической конференции "Проблемы военной геофизики и контроля состояния природной среды" (Санкт-Петербург, 1992г.), I Международной научно-практической конференции "Дифференциальные уравнения и их приложения" (Санкт-Петербург, 1996г.), III региональной научно-технической конференции "Распространение радиоволн" (Санкт-Петербург, 1997г.), на научных семинарах Военной инженерно-космической академии им. А.Ф. Можайского.
Основные результаты диссертации опубликованы в 5 статьях, 6 тезисах докладов, 5 отчетах по НИР.
Реализованы результаты исследований в Высшем военно-морском училище им. М.В, Фрунзе, научно-исследовательском институте телевидения, Военной инженерно-космической академии им. А.Ф. Можайского.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы, содержащего 167 наименований. Общий объем диссертации составляет 186 страниц, в том числе 6 таблиц и 42 рисунка.
