Радиометеорология - Центральная Аэрологическая Обсерватория

Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды
Федеральное государственное бюджетное учреждение
"Центральная аэрологическая обсерватория"
(ФГБУ "ЦАО")
Утверждаю
Директор ФГБУ "ЦАО"
___________Ю. А. Борисов
"__18. " 12. 2014 г.
Рабочая программа дисциплины (модуля)
Радиометеорология
подготовки кадров высшей квалификации,
направление подготовки 05.06.01 Науки о Земле
Г. Долгопрудный, 2014
2
Рабочая программа составлена на основании паспорта научной специальности 25.00.29
"Физика атмосферы и гидросферы", в соответствии с Программой-минимум кандидатского
экзамена по специальности 25.00.29 "Физика атмосферы и гидросферы", разработанной
экспертным советом Высшей аттестационной комиссии, Программой кандидатского
экзамена, утвержденной Ученым советом ФГБУ "ЦАО" 23.03.2004 г., протокол № 1 и
Учебным планом
Основной образовательной программы высшего образования по
направлению подготовки 05.06.01 Науки о Земле (уровень подготовки кадров высшей
квалификации).
Составители рабочей программы: кф-мн Мельничук Ю.В.,
гл. научный сотрудник, дтн Кадыгров Е.Н.
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании Ученого совета ФГБУ "ЦАО",
Протокол № 5 от 11.12. 2014 г.
3
1. Цели и задачи дисциплины, ее место в системе подготовки аспиранта, требования к
уровню освоения содержания дисциплины
Радиометеорология - раздел науки, изучающий влияние метеорологических условий на
распространение радиоволн в атмосфере, исследующий атмосферные процессы с помощью
активной и пассивной (радиометрии) радиолокации. Составными элементами этого научного
направления являются некоторые области радиофизики (распространение радиоволн, техника
сверхвысоких частот, спутниковые и наземные дистанционные микроволновые приборы).
1.1.
Цели и задачи изучения дисциплины
Цель изучения дисциплины – формирование у
обучающихся углубленных
профессиональных знаний о
метеорологической радиолокации и метеорологической
радиометрии
Задачи дисциплины: сформировать у обучающихся представление
- о радиофизических свойствах тропосферы;
- о радиолокационном обнаружении облаков и осадков с помощью метеорологических
радиолокаторов (МРЛ);
- о влиянии метеорологических условий на точность радиолокационного определения
координат объектов;
- о применении доплеровских РЛС для получения метеорологической информации;
-об особенностях поглощения радиоволн атмосферными газами, облаками и осадками;
- о принципах работы и основных характеристиках спутниковых и наземных приборов,
основанных на использовании особенностей собственного теплового излучения атмосферы в
микроволновом диапазоне радиоволн для измерения параметров атмосферы и исследования
метеорологических процессов;
- подготовить аспирантов к практическому применению полученных знаний при проведении
конкретных исследований в области метеорологической радиолокации.
1.2. Требования к уровню подготовки обучающегося, завершившего изучение данной
дисциплины
Обучающихся, завершившие изучение данной дисциплины, должны:
- уметь применять вычислительную технику в метеорологической радиолокации,
использовать возможности современных компьютеров применительно к задачам
автоматизации метеорологических радиолокационных исследований, использовать функции
компьютеров в современных автоматизированных метеорологических радиолокационных
комплексах, знать радиолокационные сети, разрабатывать программно-алгоритмическое
обеспечение метеорологического радиолокационного мониторинга больших территорий;
-знать особенности поглощения радиоволн различными атмосферными газами и
метеообразованиями;
-знать принципы работы и основные технические характеристики современных
метеорологических микроволновых профилемеров, основанных на использовании СВЧ
радиометров и СВЧ спектрорадиометров;
- знать об исследованиях, относящихся к метеорологической радиолокации и
метеорологической радиометрии, а также
о практическом значении
проводимых
исследований в обеспечении прогнозов явлений в атмосфере (погода и климат);
- владеть умением и навыками самостоятельной научно-преподавательской деятельности в
данной области.
1.3. Связь с предшествующими дисциплинами
Для успешного усвоения рабочей программы необходимы твёрдые знания физики и
математики в рамках вузовской подготовки.
1.4. Связь с последующими дисциплинами
Знания и навыки, полученные аспирантами при изучении данного курса, необходимы при
подготовке и написании диссертации по специальности "Физика атмосферы и гидросферы".
2. Содержание дисциплины
2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах и зачетных единицах)
4
Форма обучения - 1 год аспирантуры, вид отчётности - кандидатский экзамен.
Вид учебной работы
Всего часов
Общий объем дисциплины по учебному плану
72
Аудиторные часы
36
Лекции
36
Практические занятия
18
Семинары
Самостоятельная работа
18
Общая трудоемкость дисциплины
2 з.е.
2.2 Лекционный курс
1. Радиофизические свойства тропосферы
Диэлектрическая проницаемость и коэффициент преломления воздуха.
Рефракция
радиоволн. Ослабление радиоволн газами атмосферы. Ослабление радиоволн облаками и
осадками.
2. Теория радиолокационного обнаружения облаков и осадков с помощью МРЛ
Уравнение радиолокации облаков и осадков. Эффективная площадь рассеяния сферическими
водными и ледяными кристаллами. Эффективная рассеивающая площадь тающих ледяных
частиц.
3. Определение интенсивности осадков радиолокационными методами
Определение интенсивности осадков по их радиолокационной отражаемости. Измерение
средней мощности отраженных сигналов и определение интенсивности осадков.
Особенности и точность определения интенсивности осадков радиолокационным методом.
Возможности улучшения радиолокационного метода определения интенсивности осадков.
Поляризационные исследования облаков и осадков. Поляризационные характеристики
облаков и осадков. Связь поляризационных параметров принятого сигнала с микроструктурой
отражающих элементов.
4.
Флуктуации эхо-сигналов и применение доплеровских РЛС в метеорологических
целях. Статистические характеристики метеорологических эхо-сигналов, их функции
распределения. Функции корреляции и спектры сигналов. Их связь с характеристиками
атмосферных образований. Флуктуация амплитуд эхо-сигналов атмосферных образований.
Доплеровский сдвиг частоты. Применение доплеровских РЛС для получения
метеорологической информации. Исследование воздушных потоков, волновых явлений и
атмосферной турбулентности радиолокационными методами. Влияние флуктуаций эхосигналов на вероятность обнаружения облаков и осадков.
5. Влияние метеорологических условий на применение МРЛ.
Влияние поглощения и рассеяния радиоволн в тропосфере на дальность действия МРЛ.
Влияние метеорологических условий на точность радиолокационног8о определения
координат объектов.
6. Физические основы дистанционных методов мониторинга параметров атмосферы,
основанных на приеме собственного теплового излучения атмосферы в микроволновом
диапазоне.
7. Радиометрические микроволновые спутниковые приборы- надирные и лимбовые.
8. Микроволновые температурные профилемеры.
9. Микроволновые профайлеры для измерения ветра.
10. Микроволновые радиометрические приборы для исследования влагозапаса
и
водосодержания атмосферы
11. Микроволновые спектрорадиометры для измерения профилей малых газовых
составляющих атмосферы.
2.3 Практические занятия – на радиометрическом комплексе «Микрорадком».
3. Организация контроля
3.1 Контрольные работы - не предусмотрены
Итоговый контроль – сдача кандидатского экзамена
4. Научно-технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ
5
Программные пакеты Microsoft Office, Open Office.
5. Материальное обеспечение дисциплины - конференц-зал для чтения лекций с
использованием компьютерной системы, а также проекторы, принтеры, сканеры.
6. Литература
Основная литература
1. Есепкина Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопы и радиометры. М.,
Наука, 1973, 415 с.
2. Степаненко В.Д. Радиолокация в метеорологии. Л., Гидрометеоиздат, 1973, с. 342.
Башаринов А.Е., Гурвич А.С., Егоров С.Т. Радиоизлучение Земли как планеты. Москва,
Наука, 1974, 188 с.
3. Справочник по радиолокации. Редактор М. Сколник. Перевод с английского под общей
редакцией К.Н. Трофимова, 1978.
4. Мельничук Ю.В. Автоматизированный комплекс сбора, обработки и представления
радиолокационной информации (АКСОПРИ). Радиометеорология. Труды VII Всесоюзного
совещания Л., Гидрометеоиздат, 1989.
5. Михайлов В.М., Брагин И.В., Брагин С.И. Спутниковая аппаратура дистанционного
зондирования Земли. С.- Петербург. Вузовская книга, 2003, 404 с.
6. Павлюков Ю.Б. Двухволновое радиолокационное зондирование облачной атмосферы и
осадков. Труды Всероссийской конференции "Современные проблемы дистанционного
зондирования Земли из космоса. Физические основы, методы и технологии мониторинга
окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов". ИКИ РАН, Москва, 10-12
ноября 2003, 84-85.
7. Захаров А.И., Яковлев О.И., Смирнов В.М. Спутниковый мониторинг Земли.
Радиолокационное зондирование поверхности. М., КРАСАНД, 2012, 248 с.
8. Захаров А.И. Спутниковый мониторинг Земли. Радиолокационное зондирование
поверхности. М., Книжный дом "Либроком", 2013.
9. Шовенгерд Р. Дистанционное зондирование. Методы и модели. 2013.
10. Яковлев О.И. Спутниковый мониторинг Земли Радиозатменный мониторинг атмосферы и
ионосферы. М., "Либроком", 2014.
.
Дополнительная литература
1. Боровиков А.М. Радиолокационные измерения осадков. Л. Гидрометеоиздат, 1967.
2. Троицкий А.В. Дистанционное определение температуры атмосферы из спектральных
радиометрических измерений в линии  5 мм. Изв. ВУЗов, Радиофизика. 1986, т. 29,
№ 8. 878 с.
3. Довиак Р., Зрнич Д. Доплеровские радиолокаторы и метеорологические наблюдения.
Перевод с английского под редакцией Черникова А.А. Л., Гидрометеоиздат, 1988.
4. Власов А.А., Кадыгров Е.Н. Микроволновая термометрия средней атмосферы с аэростата.
Доклады АН СССР, А.А. N 313, т.4, 1990, 831-834 с.
5. Алексеев В.Г. Вычислительная техника и программирование. Москва, 1991.
6. Кадыгров Е.Н., Кузнецова И.Н., Голицын Г.С. Остров тепла в пограничном слое атмосферы
над большим городом: новые результаты на основе дистанционных данных. Доклады
Академии Наук, 2002, том 385, № 4, 541-548 с.
6. Kadygrov E.N., Shur G.N., and Viazankin A.S. Investigation of atmospheric boundary layer
temperature, turbulence, and wind parameters on the basis of passive microwave remote sensing.
Radio Science, 2003,V. 38, No 3, P. Mar 13-113-12.
8. Rotach,M.W.,P.Calanca,G.Graziani, J.Gurtz,D.Steyn, R.Vogt,M.Andretta,A.Christen, S.Cieslik,
R.Connolly,S.De Wekker, S.Galmarini, Kadygrov E.N., Kadygrov V.N., Miller
E.A.,B.Neininger,M.Rucker,E.Van Gorsel, H.Weber, A.Weiss,and M.Zappa Turbulence structure
and exchange processes in an alpine valley: The Riviera Project. Bulletin of the American
Meteorological Society, 2004, V. 85, № 9, 1367-1385 P.
6
9. Kadygrov E.N. Operational aspects of different ground-based remote sensing observing
techniques for vertical profiling of temperature, wind, humidity and cloud structure: a review.
WMO, 2006, IOM Report N 89, WMO/TD N 1309, Geneva, Switzerland, 1-34 P.
10. Горчаков Г.И., Е.Н. Кадыгров, А.А. Исаков, А.В.Карпов, Е.А. Миллер. Влияние
солнечного затмения на термическую стратификацию и режим турбулентности. Доклады
Академии наук, 2007, том 417, № 1, ноябрь 2007, 90-93 с.
11. Crewell, S., and U. Lohnert, Accuracy of boundary layer temperature profiles retrieved with
multifrequency multiangle microwave radiometry. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 2007, V. 45,
2195-2201 PP.
Научная литература, приобретенная обучающимися на получаемые ежегодные пособия в
форме целевых субсидий.
Журналы
Известия вузов "Радиофизика"
"Радиофизика"
"Метеоспектр"
"Метеорология и гидрология"
"Зарубежная радиоэлектроника"
"Кантовая электроника"
"Приборы и техника эксперимента"
«Оптика атмосферы и океана»
«Изв.РАН.Физика атмосферы и океана»
« Доклады РАН»
Journal of Geophysical Recearch
Meteorological Applications
Radio Science
IEEE Trans . on Geoscience and Remote Sensing
Journal of Atmospheric and Oceanic Technology
Интернет-ресурсы
http://elibrary.ru - научная электронная библиотека
http://www.lib.msu. su – Каталог Научной библиотеки МГУ
http://www.rsl.ru/r_resl.htm - Каталог Российской государственной библиотеки
и др. информация, размещенная в Интернете.
7. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
По мере освоения лекционного курса предусмотрена самостоятельная работа обучающегося,
что позволяет углубить и закрепить теоретические знания. В ходе изучения дисциплины
используются доступные достижения научно-технического прогресса в данной области.
Для изучения
и освоения программного материала
по дисциплине должны быть
использованы учебная, научная, справочная и другая литература, рекомендуемая настоящей
программой.