Группа атмосферной акустики

Руководитель - 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 C_T² 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. Гладких Владимир Александрович, снс, тел: (3822) 491-421, E-mail: glvl@iao.ru
2. Камардин Андрей Павлович, снс, тел: (3822) 491-111 + 10-96, E-mail: kap136@iao.ru
3. Мамышева Алина Александровна, инженер, тел: (3822) 492-256, E-mail: alina434@iao.ru
4. Невзорова Ирина Витальевна, ведущий программист, тел: (3822) 491-463, E-mail: nevzorova@iao.ru
5. Одинцов Сергей Леонидович, внс, к.ф.-м.н., тел: (3822) 491-573, E-mail: odintsov@iao.ru