Группа атмосферной акустики

Заведующий - к.ф.-м.н. Одинцов Сергей Леонидович

Область исследований

  • Исследование переноса звуковых волн в случайно-неоднородной стратифицированной атмосфере.
  • Разработка методов и технических средств акустической диагностики пограничного слоя атмосферы.
  • Разработка математических методов и алгоритмов обработки случайных сигналов и полей.
  • Исследование динамических процессов в пограничном слое атмосферы.
  • Разработка методов и решение задач переноса коротковолнового излучения в неоднородных облаках, мезомасштабных облачных полях со случайной геометрией и безоблачной атмосфере

Исследование переноса звуковых волн в случайно-неоднородной стратифицированной атмосфере


Распространения звуковых волн в свободной атмосфере и на приземных трассах
  • Исследование амплитудно-фазовых характеристик звуковых волн в случайно-неоднородной стратифицированной атмосфере, включая изучение когерентности в продольных и поперечных направлениях распространения сигналов.
  • Исследование эффекта Доплера в неоднородных движущихся средах.
  • Исследование распространения звука на приземных трассах при различных дальностях, частотах излучаемых сигналов и классах устойчивости атмосферы.
  • Решение задачи пеленга источников звука в условиях случайно-неоднородной стратифицированной движущейся атмосферы.
Исследование нелинейных эффектов при распространении звуковых волн
  • Теоретический анализ нелинейных эффектов в случайных движущихся средах.
  • Экспериментальные исследования нелинейных эффектов при работе содаров большой мощности.

Разработка методов и технических средств акустической диагностики пограничного слоя атмосферы


Технические средства исследований:
  • Средства дистанционного зондирования: содар "ВОЛНА-3"", содар "МАЛ-2" (разработки ИОА СО РАН)
  • Средства локальных измерений параметров атмосферы: сертифицированный ультразвуковой термоанеморумбомер "МЕТЕО-2" (разработка ИОА СО РАН)
  • Стандартные измерители звуковых полей
  • В стадии разработки - трехканальный поличастотный содар с возможностью использования бистатических схем зондирования параметров атмосферы
Объекты исследований:
  • Ветер
    • высотно-временная структура различных компонентов полного вектора скорости ветра в различных геофизических ситуациях
    • статистические моменты (до четвертого включительно) компонентов поля скорости ветра
    • диагностика турбулентной составляющей поля скорости ветра: интенсивность турбулентности, ее анизотропия
    • исследование корреляционных связей поля скорости ветра в пограничном слое атмосферы на основе данных акустического зондирования
    • когерентные структуры в случайном потоке ветра.
  • Структура турбулентной составляющей поля температуры
    • измерения профилей структурной характеристики CT2 в пограничном слое атмосферы
    • диагностика структуры в условиях различных типов стратификации.
  • Внутренние гравитационные волны: обнаружение и диагностика основных параметров.
  • Турбулентные потоки тепла и импульса: исследование возможности использования данных акустического зондирования для восстановления высотно-временных профилей турбулентных потоков тепла и импульса.
  • Осадки: теоретическое и экспериментальное исследование структуры осадков в приземном слое атмосферы.
  • Помехи при зондировании: корреляционный и спектральный анализ внешних помех, методы компенсации и активное гашение помех

Разработка математических методов и алгоритмов обработки сигналов

  • Спектральный анализ сигналов содара.
  • Спектральный анализ временной динамики скорости и направления ветра.
  • Анализ моментов распределений различных составляющих скорости и направления ветра.
  • Анализ распределений и их моментов при исследовании амплитуды сигналов содара.
  • Анализ многоканального потока данных.
  • Анализ данных при измерениях колебательных процессов различной природы.

Основные результаты

  • Получены новые экспериментальные и теоретические результаты по взаимодействию акустического излучения с атмосферой, созданы новые технические средства дистанционной (содары) и локальной (ультразвуковая метеостанция) акустической диагностики нижнего слоя атмосферы.
  • По результатам экспериментальных исследований выявлена трансформация звукового поля под воздействием когерентных структур локального масштаба в поле скорости ветра, не учитываемая современной теорией распространения звука. Установлены закономерности генерации акустических сигналов при взаимодействии оптического излучения различных интенсивностей и длин волн с газовыми, твердыми и жидкими примесями атмосферы.
  • По результатам исследований с использованием разработанных средств акустической диагностики получены уникальные данные о структуре потока ветра в планетарном пограничном слое, в частности в городских районах и у береговой линии оз. Байкал.
  • Технические и методические разработки группы атмосферной акустики используются в институтах РАН и СО РАН, в учреждениях экологического мониторинга и на территориях промышленных предприятий.
  • Разработана модель переноса коротковолнового излучения, обеспечивающая корректный расчет спектральных потоков и полей яркости в различных атмосферных условиях, включая пространственно неоднородную и стохастическую облачность. Вычислительная схема учета молекулярного поглощения на основе метода k-распределений позволяет использовать в расчетах новейшие спектроскопические данные, информацию концентрации атмосферных газов и аппаратной функции прибора. Достоверность результатов моделирования подтверждена сопоставлением с расчетами в рамках международного проекта «Intercomparison of 3D Radiation Codes» и результатами тестирования с полинейными расчетами и экспериментальными данными.

Сотрудники

  1. Артюшина Анастасия Валерьевна, мнс
  2. Астафуров Владимир Глебович, снс, к.ф.-м.н., E-mail: astafurov@iao.ru
  3. Бочкарев Николай Николаевич, нс, д.ф.-м.н., E-mail: bonic@iao.ru
  4. Гладких Владимир Александрович, снс, тел: (3822) 491-421, E-mail: glvl@iao.ru
  5. Журавлева Татьяна Борисовна, внс, д.ф.-м.н., тел: (3822) 492-402, E-mail: ztb@iao.ru
  6. Камардин Андрей Павлович, нс, E-mail: kap136@iao.ru
  7. Кузина Ольга Сергеевна, техник
  8. Малкина Тамара Юрьевна, техник
  9. Мамышев Владимир Петрович, нс, E-mail: mvp78ioa@iao.ru
  10. Мамышева Алина Александровна, инженер, тел: (3822) 492-256, E-mail: alina434@iao.ru
  11. Невзорова Ирина Витальевна, вед.программист, тел: (3822) 491-463, E-mail: nevzorova@iao.ru
  12. Одинцов Сергей Леонидович, зав.лаб, к.ф.-м.н., тел: (3822) 491-573, E-mail: odintsov@iao.ru
  13. Русскова Татьяна Владимировна, нс, к.ф.-м.н., тел: (3822) 492-402, E-mail: btv@iao.ru
  14. Скороходов Алексей Викторович, мнс
  15. Федоров Валерий Александрович, снс, тел: (3822) 491-463, E-mail: fva21@iao.ru