Разработка экспериментальных и теоретических основ микроволнового пассивного зондирования температуры нижней атмосферы с высокой точностью

Проект направлен на формирование научных и технологических заделов, которые станут составной частьюотечественной системы сверхкраткосрочных метеорологических прогнозов (наукастинга), направленной, в частности, на повышение авиационной безопасности и снижения убытков аэродромов РФ от опасных метеоявлений.Развитие системы наукастинга (с заблаговременностью от нескольких минут до нескольких часов) актуально для разных сфер деятельности, в первую очередь, для авиации. Помимо значительного повышения авиационной безопасности (по данным ИКАО примерно 50% летных происшествий в РФ в той или иной степени связано с неблагоприятными погодными условиями), такие прогнозы способствуют существенному снижению убытков аэропортов от непредсказанных (но случившихся) опасных метеоявлений. Зарубежные системы наукастинга очень активно развиваются с конца 20 века. Например, канадская система CAN-Now еще сравнительно недавно разрабатывалась и испытывалась в аэропортах Торонто и Ванкувер, а в настоящее время уже оперативно используется в 46-ти аэропортах мира. В РФ подобная система только формируется. Нерешенные на сегодняшний день проблемы в данной области состоят в следующем:(1) Недостаточная точность восстановления, по данным измерений, вертикальных распределений характеристик, используемых для сверхкраткосрочного прогноза по стандартным индексам конвективной неустойчивости атмосферы.(2) Отсутствие отечественных средств измерения, необходимых для сверхкраткосрочного прогнозаметеорологических данных с высоким пространственно-временным разрешением, отвечающим или превосходящим существующие зарубежные аналоги.В современных системах наукастинга используются коммерческие микроволновые пассивные спектрорадиометры производства США и Германии. Данные приборы (единственные на рынке в настоящее время) непрерывно измеряют спектры собственного излучения атмосферы в диапазоне частот 51-59 ГГц, по которым с помощью различных математических методов решения некорректных обратных задач и модели распространения излучения в атмосфере (модель Либе-Розенкранца) восстанавливаются профили температуры в диапазоне высот 0-10 км с высоким пространственным (до 10 м) и временным разрешением (1-2 мин). Микроволновой мониторинг применяется для прогноза туманов, погоды в аэропортах, гроз и конвективных штормов, а так же для метеорологического обеспечения крупных международных событий, в частности, олимпиад.Тем не менее, на сегодняшний день остается актуальной проблема повышения точности микроволновых измерений температуры посредством данных приборов, которая соответствующим образом проявляется в неудовлетворительной точности прогноза опасных конвективных явлений. Основными причинами таких ошибок являются (1) недостаточная точность данных модели Либе-Розенкранца по поглощению молекулярного кислорода в диапазоне 50-60 ГГц, (2) грубость применяемых методов восстановления профиля температуры по радиометрическим данным.Целями данного проекта являются:(1) создание первого отечественного комплекса мобильных микроволновых приборов для непрерывных измерений спектра собственного излучения атмосферы в диапазоне 50-59 ГГц;(2) проведение прецизионных лабораторных измерений спектров поглощения молекулярного кислорода в диапазоне 50-60 ГГц в широких диапазонах температур и давлений, отвечающих реальной тропосфере в диапазоне высот 0-10 км; существенное уточнение модели распространения излучения атмосферы в миллиметровом диапазоне длин волн в данном диапазоне частот;(3) разработка, тестирование и применение нового статистического метода определения профилей температуры по данным микроволновых измерений в диапазоне высот 0-10 км с высоким пространственным и временным разрешением.