Разработка комплексных методов регионального мониторинга атмосферы на основе спутникового и наземного приема навигационных сигналов.НИР

Development of complex methods for regional atmospheric monitoring based on space-borne and ground-based registration of navigational signals

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2015 г.-30 сентября 2015 г. Разработка комплексных методов регионального мониторинга атмосферы на основе спутникового и наземного приема навигационных сигналов.
Результаты этапа: В работе выполнен непрерывный радиоинтерферометрический мониторинг GPS-сигналов, принятых в течение летнего периода 2010г (97 дней) на станциях Московского региона, принадлежащих сетям СНГО (MNGS, Moscow Navigational and geodetic support) и International Geophysical Survay network (IGS). В ионосфере были выделены перемещающиеся ионосферные неоднородности (ПИВ), которые располагаются вокруг Московского мегаполиса и группируются в виде некоторого кольца вокруг него. Рассмотрены эмпирические функции параметров (скоростей движения и наблюдаемых периодов) ПИВ. Показано, что наблюдаемые распределения представляют собой проявления акусто-гравитационных волн и могут быть связаны с особым тепловым режимом, в том числе и городским островом тепла, установившемся в Москве летом 2010г в условиях блокирующего антициклона. В целях сравнения, аналогичные исследования проведены для г.Фейрбенкс (Канада). Выделенные волновые структуры Канаде в течение лета 2010г. имеют также акусто-гравитационную природу, но не группируются в виде кольца, поскольку термические эффекты от обоих городов несравнимы. Проведенный в нашей работе анализ учитывает гео- гелио-физическую активность при интерпретации наблюдаемых волновых структур, что позволяет значительно улучшить качество интерпретации поступающих данных. Проведено уникальное сравнение данных выделенных в ионосфере волновых структур и их возможного проявления на стратосферных высотах в период лета 2010г. В значительной части реализаций выявлено подобие пространственных спектров стратосферы и ионосферы, что выражается в практическом совпадении положений спектральных максимумов стратосферных и ионосферных структур. Это обстоятельство позволяет утверждать о практически первом экспериментальном случае GPS- наблюдений связи атмосферно-ионосферных процессов. Ионосферные явления при этом носят роль индикатора волновой активности, которая должна быть принята во внимание при анализе профилей атмосферы в РЗ экспериментах. Проведено численное моделирование радиозатменного эксперимента зондирования атмосферы на основе вертикальных профилей атмосферных параметров высокого разрешения станции пуска метеозондов Фэйрбенкс (Аляска, США). По результатам моделирования проведен анализ волнового поля методом адиабатического инварианта геометрической оптики (ГО). Выявлены проявления дифракционных эффектов в областях с большими градиентами коэффициента преломления. Поставленные в проекте цели и задачи в основном достигнуты и решены. Проведенное исследование и полученные результаты соответствуют мировому уровню исследований в данной области, а в ряде отношений и превосходят его. Так, выявленное подобие спектров неоднородностей стратосферы и ионосферы позволяет утверждать о практически первом экспериментальном случае GPS- наблюдений связи атмосферно-ионосферных процессов. Ионосферные явления при этом носят роль индикатора волновой активности, которая должна быть принята во внимание при анализе профилей атмосферы в РЗ экспериментах. Выявленная в исследовании кольцевая структура группировки ионосферных возмущений в окрестности крупного мегаполиса (Москва), насколько это известно авторам проекта, в настоящее время не имеет аналогов в мире и получена впервые. Исследование дифракционных эффектов в радиозатменных экспериментах в настоящем проекте соответствует общему мировому уровню исследований в направлении развития и усовершенствования техники радиозатменного зондирования. На основе сделанных в ходе выполнения проекта практических наработок , разработанных методов и их алгоритмических реализаций, могут быть созданы элементы системы оперативного мониторинга атмосферы и ионосферы в регионе, которые, при наличии метеорологических и спутниковых данных для конкретного региона позволят выдавать информацию и рекомендации конечному пользователю. Полученные результаты могут быть использованы в учебном процессе. Полученные научные результаты, созданные методики, наработки по их практическому использованию 1. В результате радиоинтерферометрического мониторинга Московского региона в течение лета 2010г. в ионосфере экспериментально были выделены перемещающиеся ионосферные возмущения (ПИВ), которые располагаются вокруг мегаполиса и группируются в виде некоторого кольца вокруг него. Получены эмпирические функции параметров ПИВ - скоростей движения и наблюдаемых периодов. Указанное явление может быть связано с особым тепловым режимом, в том числе и городским островом тепла, установившемся в мегаполисе летом 2010г. 2. В ходе математического моделирования радиозатменных экспериментов получено, что мелкомасштабные стратосферные (уровня высот 10….30км) структуры в высотных радиозатменных профилях могут значительно влиять на качество интерпретации получаемых данных, поскольку могут являться следствием волновых явлений в атмосфере и результатом их интерференции. Метод адиабатических инвариантов позволяет выделить …. и уточнить …. 3. В работе предложен и опробован метод индикации волновой активности в стратосфере по ее ионосферным проявлениям. Суть заключается в том, что выделенные методами GPS- интерферометрии в случае спокойных гео-гелиофизических условий являются индикатором волновых явлений в нижней атмосфере. Анализ реальных данных с помощью адиабатического варианта в …% числе случаев показывает эффективность предложенного независимого метода выявления волновых структур. 4. Проведенный анализ в п.1-3 показывает, что выявляемые нами разными методами АГВ- волны в стратосфере являются важной частью энерго обмена в среде геосфер и должны быть приняты во внимание при обработке данных радио и метео-зондирования. - степень внедрения; Создана и протестирована методика. Разработаны и опробованы алгоритмы анализа и моделирования ситуаций. Часть методик при продолжении работ будет патентоваться. - рекомендации по внедрению или итоги внедрения результатов НИР; На основе сделанных в ходе выполнения проекта практических наработок , разработанных методов и их алгоритмических реализаций, могут быть созданы элементы системы оперативного мониторинга атмосферы и ионосферы в регионе, которые, при наличии метеорологических и спутниковых данных для конкретного региона позволят выдавать информацию и рекомендации конечному пользователю - область применения; Метеорология, распространение радиоволн, физика атмосферы, ионосферы и околоземного космического пространства, развитие и совершенствование методов дистанционной диагностики параметров атмосферы. - экономическую эффективность или значимость работы; Оценка экономической эффективности не предусмотрена заключенным Договором на проведение работ. Значимость работы связана с проведенными экспериментально-теоретическими разработками, полученными данными и созданными методиками. - прогнозные предположения о развитии объекта исследования. Авторами рассматривается возможность включения в схему обработки новых входных данных, потенциально доступных от наблюдательных станций московского региона (микробарограммы, поверхностная температура и др.) Правовой статус интеллектуальной собственности, созданной в ходе реализации подотчетного проекта, регулируется действующим законодательством Российской Федерации на общих основаниях. Авторы планируют запатентовать созданные методики обработки и разработанное ПО.
2 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Разработка комплексных методов регионального мониторинга атмосферы на основе спутникового и наземного приема навигационных сигналов.
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".