Том 24, номер 03, статья № 7

Аннотация:

Проведено численное исследование 2D-спектров сильных мерцаний звезд, наблюдаемых сквозь атмосферу Земли на космических аппаратах. Атмосфера содержит совокупность статистически независимых, анизотропных крупномасштабных и изотропных мелкомасштабных неоднородностей показателя преломления. Приведены 2D-спектры и рассчитанные по ним вертикальные и горизонтальные 1D-спектры. Показано, что спектры сильных мерцаний не равны сумме спектров, формируемых отдельными, статистически независимыми компонентами. Совокупность крупно- и мелкомасштабных неоднородностей приводит к большей дисперсии мерцаний по сравнению с отсутствием последних. Однако наличие совокупности может приводить как к увеличению, так и к уменьшению дисперсии по сравнению с суммой дисперсий анизотропной и изотропной компонент в зависимости от отношения интенсивностей каждой из компонент. Обнаружен новый эффект в поведении 1D-горизонтальных спектров в области малых волновых чисел: наличие мелкомасштабных атмосферных неоднородностей приводит к подавлению спектральной плотности мерцаний, формируемой только анизотропной компонентой.

Ключевые слова:

зондирование атмосферы из космоса, турбулентность, анизотропные и изотропные неоднородности, спектры сильных мерцаний, двухкомпонентный фазовый экран

Список литературы:

1. Гречко Г.М., Гурвич А.С., Кан В., Пахомов А.И., Подвязный Я.П., Савченко С.А. Наблюдения турбулентности в атмосфере на высотах 20-70 км // Докл. РАН. 1997. Т. 357, № 5. С. 683-686.
2. Гурвич А.С., Кан В., Савченко С.А., Пахомов А.И., Боровихин П.А., Волков О.Н., Калери А.Ю., Авдеев С.В., Корзун В.Г., Падалка Г.И., Подвязный Я.П. Исследование турбулентности и внутренних волн в стратосфере по наблюдениям мерцаний звезд из космоса: 1. Наблюдения и анализ дисперсии мерцаний // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2001. Т. 37, № 4. С. 469-486.
3. Гурвич А.С., Кан В. Структура неоднородностей плотности в стратосфере по наблюдениям мерцаний звезд из космоса: I. Модель 3D-спектра и реконструкция ее параметров // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2003. Т. 39, № 3. С. 335-346.
4. Гурвич А.С., Кан В. Структура неоднородностей плотности в стратосфере по наблюдениям мерцаний звезд из космоса: II. Характерные масштабы, структурные характеристики и диссипация кинетической энергии // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2003. Т. 39, № 3. С. 347-358.
5. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.
6. Gurvich A.S., Chunchuzov I.P. Estimates of characteristic scales in the spectrum of internal waves in the stratosphere obtained from space observations of stellar scintillations // J. Geophys. Res. D. 2005. V. 110, N 3. D03114, doi: 10.1029/2004JD005199.
7. Шишов В.И. Зависимость вида спектра мерцаний от вида спектра неоднородностей показателя преломления. 1. Фазовый экран // Изв. вузов. Радиофиз. 1974. Т. 17, № 11. С. 1684-1691.
8. Hinson D.P. Strong scintillation during atmospheric occultations: Theoretical intensity spectra // Radio Sci. 1986. V. 21, N 2. P. 257-270.
9. Goodman J., Narayan R. Slow pulsar scintillation and the spectrum of the interstellar electron density fluctuations // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 1985. V. 214. P. 519-537.
10. Goodman J.J., Romani R.W., Blandford R.D., Narayan R. Refractive effects in pulsar scintillation // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 1987. V. 229. P. 73-102.
11. Гурвич А.С., Федорова О.В. Восстановление параметров турбулентности в условиях сильных мерцаний // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 2. С. 115-120.
12. Гурвич А.С., Воробьев В.В., Федорова О.В. К определению параметров спектра внутренних волн в стратосфере по наблюдениям сильных мерцаний звезд из космоса // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2006. Т. 42, № 4. С. 502-513.
13. Воробьев В.В., Маракасов Д.А., Федорова О.В. Спектры сильных мерцаний, вызываемых крупномасштабными анизотропными стратосферными неоднородностями, при наблюдении звезд с ИСЗ // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 12. С. 1004-1012.
14. Гурвич А.С., Воробьев В.В., Маракасов Д.А., Федорова О.В. Спектры сильных мерцаний за фазовым экраном с крупномасштабными анизотропными неоднородностями // Изв. вузов. Радиофиз. 2007. Т. 50, № 9. С. 747-765.
15. Обухов А.М. О влиянии слабых неоднородностей атмосферы на распространение звука и света // Изв. АН СССР. Сер. Геофиз. 1953. № 2. С. 155-165.
16. Perlot N., Giggenbach D., Henniger H., Horwath J., Knapek M., Zettl K. Measurements of the beamwave fluctuations over a 142 km atmospheric path // Free-Space Laser Communications VI: Proc. SPIE. V. 6304. P. 63041O. doi: 10.1117/12.681207. Bellingham, Wash.: SPIE, 2006.
17. Vorontsov M., Carhart G., Gudimetla V.S.R., Weyrauch T., Stevenson E., Rehder K., Liu J., Beresnev L., Lachinova S., Kemp I., Riker J.F. Characterization of deep turbulence over 149 km propagation path using multi-wavelength laser beacons // Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference (AMOS), Sept. 14-16, 2010, Maui Hawaii. URL: http://www.amostech.com/TechnicalPapers/2010/Adaptive_Optics_Imaging/Vorontsov.pdf
18. Sokolovskiy S. Effect of superrefraction on inversions of radio occultation signals in the lower troposphere // Radio Sci. 2003. V. 38, N 3, doi: 10.1029/2002RS002728.
19. Gorbunov M.E., Kirchengast G. Fluctuations of radio occultation signals in X/K band in the presence of anisotropic turbulence and differential transmission retrieval performance // Radio Sci. 2007. V. 42. RS4025, doi: 10.1029/2006RS003544.
20. Шишов В.И. Сильные флуктуации интенсивности плоской волны, распространяющейся в случайно преломляющей среде // Ж. эксперим. и теор. физ. 1971. Т. 61, № 4. С. 1399-1409.
21. Дагкесманская И.М., Шишов В.И. Сильные флуктуации интенсивности при распространении волн в статистически однородных и изотропных средах // Изв. вузов. Радиофиз. 1970. Т. 13, № 1. С. 16-21.
22. Шишов В.И. Дифракция волн на сильно преломляющем фазовом экране // Изв. вузов. Радиофиз. 1971. Т. 14, № 1. С. 85-92.
23. Денисов Н.Г. О дифракции волн на хаотическом экране // Изв. вузов. Радиофиз. 1961. Т. 4, № 4. С. 630-638.
24. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 2. Случайные поля. М.: Наука, 1978. 464 с.