Том 37, номер 02, статья № 14

Аннотация:

Высокоточная спутниковая лазерная дальнометрия (SLR – satellite laser randing) во всем мире активно используется для решения множества задач, прежде всего в геодезии и навигации. Однако недостатком лазерных систем является зависимость эффективности их применения от метеоусловий, в частности, от наличия облаков. Поэтому актуальной является задача по исследованию возможностей приема лазерных импульсов на борту космических аппаратов (КА) в условиях облачности. Установлены типы и формы облачности, допускающие прием и определение параметров лазерных импульсов на борту КА. Разработаны математические модели атмосферы для длины волны 0,532 мкм, включающие в себя оптические характеристики кристаллической среды для агрегатных структур ледяных частиц. Методом Монте-Карло выполнены расчеты переноса оптического излучения субнаносекундных лазерных импульсов наземных станций на высокоорбитальные и низкоорбитальные КА при наличии кристаллических облаков верхнего и среднего ярусов. Результаты расчетов показали, что для рассматриваемых МЛС (с лазерными станциями типа «Сажень-ТМ») принципы односторонней лазерной спутниковой дальнометрии могут быть реализованы при наличии на небосводе перистых, перисто-слоистых, перисто-кучевых, а также высокослоистых облаков с установленными ограничениями по оптической толщине. Полученные результаты подтверждают возможность существенного повышения технологической производительности метрологических лазерных систем, так как повторяемость рассматриваемых форм облаков над территорией РФ составляет около 20%.

Ключевые слова:

кристаллические облака верхнего и среднего ярусов, спутниковая лазерная дальнометрия, импульсная характеристика, метод Монте-Карло

Список литературы:

1. Садовников М.А., Сумерин В.В., Шаргородский В.Д. Односторонняя лазерная дальнометрия и ее применение в задачах повышения точности частотно-временного обеспечения ГЛОНАСС // International Technical Workshop WPLTN-2012, 24–28 сентября 2012 г. СПб., 2012. С. 18.
2. Жабин А.С., Набокин П.И. Методы достижения субнаносекундной точности измерений интервалов времени в бортовом терминале односторонней лазерной дальномерной системы // Электромагнитные волны и электронные системы. 2013. Т. 18. С. 39–42.
3. Климков Ю.М., Хорошев М.В. Лазерная техника: учеб. пособие. М.: МИИГАиК, 2014. 143 с.
4. Мак-Картни Э. Оптика атмосферы. М.: Мир, 1979. 422 с.
5. A preliminary cloudless standard atmosphere for radiation computation // World Climate Research Program (WSP). WSP-112. WMO/TD. 1986. N 24. 60 p.
6. Ansmann A., Tesche M., Groß S., Freudenthaler V., Seifert P., Hiebsch A., Schmidt J. The 16 April 2010 major volcanic ash plume over central Europe: EARLINET lidar and AERONET photometer observations at Leipzig and Munich, Germany // Geophys. Res. Lett. 2010. V. 37. P. 13810.
7. Gérard B., Déuze J.L., Herman M., Kaufman Y.J., Lallart P., Oudard C., Remer B., Roger L.A., Six B., Tanré D. Comparisons between POLDER 2 and MODIS/Terra aerosol retrievals over ocean // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. P. 24211.
8. Meeting of JSC Experts on Aerosols and Climate: World Climate Program. Geneva: WCP, 1981. 72 p.
9. Hess M., Koepke P., Schult I. Optical properties of aerosols and clouds: The Software Package OPAC // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1998. V. 79. P. 831–844.
10. Креков Г.М., Рахимов Р.Ф. Оптические модели атмосферного аэрозоля. Томск: Изд-во СО АН СССР, 1986. 294 с.
11. Дейрменджан Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами. М.: Мир, 1971. 166 с.
12. Зверев А.С. Синоптическая метеорология. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 712 с.
13. Облака и облачная атмосфера. Справочник / под ред. И.П. Мазина, А.Х. Хргиана. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 648 с.
14. Лазерный контроль атмосферы / под ред. Э.Д. Хинкли. М.: Мир, 1979. 416 с.
15. Волковицкий О.А., Павлова Л.Н., Петрушин А.Г. Оптические свойства кристаллических облаков. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 200 с.
16. Baum B.A., Kratz D.P., Yang P. Remote sensing of cloud properties using MODIS airborne simulator imagery during SUCCESS 1. Data and models // J. Geophys. 2000. V. 105. P. 11767–11780.
17. Konoshonkin A.V., Borovoi A.G., Kustova N.V., Okamoto H., Förstner J. Light scattering by ice crystals of cirrus clouds: from exact numerical methods to physical- optics approximation // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 195. P. 132–140.
18. Baran A. On the remote sensing and radiative properties of cirrus // Light Scattering Reviews 2. 2007. Р. 59–95.
19. Yang P., Bi L., Baum B.A., Liou K.N., Kattawar G.W., Mishchenko M.I., Cole B. Spectrally consistent scattering, absorption, and polarization properties of atmospheric ice crystals at wavelengths from 0.2 to 100 nm // J. Atmos. Sci. 2013. V. 70. P. 330–347.
20. Baran A., Havemann S. The dependence of retrieved cirrus ice-crystal effective dimension on assumed ice crystal geometry and size-distribution function at solar wavelengths // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2004. V. 130. P. 2153–2167.
21. Baum B., Yang Р., Heymsfield A., Bansemer А., Cole В., Merrelli А., Schmitt С., Wang Chenxi. Ice cloud single-scattering property models with the full phase matrix at wavelengths from 0.2 to 100 mm // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2014. V. 146. Р. 123–139.
22. Петрушин А.Г. Интенсивность излучения, рассеянного под малыми углами ориентированными ледяными кристаллами // Изв. АН СССР. Сер. Физика атмосф. и океана. 1987. Т. 23, № 5. С. 546–548.
23. Журавлева Т.Б. Имитационное моделирование полей яркости солнечной радиации в присутствии оптически анизотропной кристаллической облачности: алгоритм и результаты тестирования // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 12. С. 937–943; Zhuravleva T.B. Simulation of brightness fields of solar radiation in the presence of optically anisotropic ice-crystal clouds: Algorithm and test results // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 2. P. 140–147.
24. Токарев И.А., Рыбин И.А., Бусыгин В.П., Щиплецов М.В., Ковалевская О.И., Черненко А.Е., Вагин Ю.П., Кузьмина И.Ю. Характеристики оптического излучения болидов в условиях облачности // Инженерная физика. 2020. № 7. С. 3–15.
25. Бусыгин В.П., Краснокутская Л.Д., Кузьмина И.Ю. Перенос оптического излучения подоблачных молний в космос // Изв. РАН. Сер. Физика атмосф. и океана. 2019. Т. 55, № 5. С. 85–93.