Исследование пространственно-временной структуры и динамики атмосферы томографическими методамиНИР

Studying the spatiotemporal structure and dynamics of the atmosphere by tomographic methods

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
11 1 января 2014 г.-31 января 2014 г. Исследование пространственно-временной структуры и динамики атмосферы томографическими методами
Результаты этапа: 1. Развитие методов радиотомографии ионосферы. Исследования структуры и динамики ионосферы методами спутниковой радиотомографии и дистанционного зондирования. 1.1. Выполнены исследования структуры распределения ионосферной электронной плотности в текущей фазе максимума 24-го солнечного цикла. С использованием методов высокоорбитальной и низкоорбитальной радиотомографии проведены реконструкции структуры ионосферы над территорией России и Аляски. Путем сопоставления полученных РТ данных с результатами независимых измерений и модельными распределениями, исследуются особенности структуры и динамики ионосферной плазмы в разных областях земного шара. 1.2. По результатам реконструкции структуры ионосферы методами высокоорбитальной и низкоорбитальной спутниковой радиотомографии выполнены исследования перемещающихся ионосферных возмущений. Выявлены волновые структуры ПИВ, проведены оценки их пространственно-временных масштабов. 1.3. Выполнены измерения радиосигналов высокоорбитальных и низкоорбитальных спутников во время экспериментов по разогреву среднеширотной ионосферы нагревной установкой СУРА в Нижегородской области. Проведена обработка и анализ данных с использованием спектральных и вейвлет-методов. Исследована возможность генерации акусто-гравитационных волн при воздействии мощного КВ радиоизлучения О-поляризации с частотой несколько ниже критической частоты слоя F2 и модуляцией мощности с частотой меньше порядка частоты Брента-Вяйселя нейтральной атмосферы на ионосферных высотах. 1.4. Показана возможность использования двухчастотных когерентных сигналов L1/L5 геостационарных спутников систем дифференциальной коррекции SBAS для длительного непрерывного мониторинга ТЕС в ионосфере с учетом вклада плазмосферы и пространственных градиентов распределения электронной концентрации. 1.5. Проведен комплексный геофизический полевой эксперимент по измерениям радиосигналов низкоорбитальных и высокоорбитальных (в. т.ч. геостационарных) спутников в различных широтно-долготных областях России (Москва и Московская область, Нижегородская область, юг и северо-запад России). Получены новые экспериментальные данные для исследования структуры и динамики ионосферы на нынешней фазе максимума 24-го солнечного цикла, характеризующегося аномально низкой активностью. Выполнена систематизация и проведен предварительный анализ полученных данных. 2. Численные методы теории переноса излучения. 2.1. Исследованы поля интенсивности и поляризации теплового радиоизлучения дождевых осадков в диапазоне миллиметровых волн. Вычислены радиационные характеристики дождя различной интенсивности. Проведено численное моделирование переноса теплового радиоизлучения в дождевой ячейке. Показана принципиальная роль неоднородной ячеистой структуры реальных дождевых осадков в формировании углового и пространственного распределения интенсивности и поляризации теплового радиоизлучения. 2.2. Проведен цикл исследований по глубинному радиозондированию ледяных спутников Юпитера методами радиолокации и корреляционной рефлектометрии. 3. Исследование волновых процессов в ионосфере методами радиотомографии и дистанционного зондирования. 3.1. Разработана методика оценки амплитуды колебательной скорости волновых возмущений в ионосфере по совместным данным GPS-интерферометрии и вертикального зондирования, которая позволяет получать важные для моделирования параметры возмущений в ионосфере и ОКП. 3.2. Выполнены исследования по изучению влияния мегаполиса на режим генерации акусто-гравитационных волн на примере г. Москвы.
12 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Исследование пространственно-временной структуры и динамики атмосферы томографическими методами
Результаты этапа: 1.1. Развитие методов радиотомографии ионосферы. Исследования структуры и динамики ионосферы методами спутниковой радиотомографии и дистанционного зондирования. Выполнены радиотомографические исследования особенностей распределения ионосферной плазмы в различных широтно-долготных областях мира в сравнении с данными для других солнечных циклов с использованием данных моделирования, радарных и спутниковых данных. Проведены исследования отклика среднеширотной ионосферы на искусственные воздействия на базе анализа измерений радиосигналов высокоорбитальных и низкоорбитальных спутников. Разработаны подходы к использованию сигналов L1/L5 геостационарных спутников систем дифференциальной коррекции SBAS для исследований полного электронного содержания ионосферы (TEC). 1.2. Численные методы теории переноса излучения. Выполнены исследования поляризации теплового излучения атмосферных осадков в миллиметровом диапазоне волн. Проведено численное моделирование полей теплового радиоизлучения дождевой атмосферы с учетом ее трехмерно-неоднородной ячеистой структуры. Проведен анализ слабой локализации волн в случайно-неоднородных средах. 1.3. Исследование волновых процессов в ионосфере методами радиотомографии и дистанционного зондирования. Проводились исследования ионосферных возмущений на различных широтах, вызванных процессами в атмосфере и околоземном космосе по данным наземной сети GPS/ГЛОНАСС и станций ионозондов. Разработана методика оценки вероятности сбоев инструментальных (коды и фазы) и исследовательских (восстановленный ПЭС) параметров глобальных навигационных систем в условиях различной космической погоды (ионосферные возмущения, магнитные бури, пульсации и т.д.). На примере GNSS GPS выполнены количественные оценки вероятности возникновения сбоев в высоких широтах в период максимума солнечной активности 24 цикла.
13 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Исследование пространственно-временной структуры и динамики атмосферы томографическими методами
Результаты этапа:
14 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Исследование пространственно-временной структуры и динамики атмосферы томографическими методами
Результаты этапа:
15 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Исследование пространственно-временной структуры и динамики атмосферы томографическими методами
Результаты этапа: Получены новые данные спутникового радиопросвечивания ионосферы сигналами существующих и перспективных спутниковых систем. Расширена коллекция первичных данных и построенных на их основе пространственно-временных распределений ионосферной электронной плотности. Проведен анализ наблюдающихся структур с привлечением дополнительных геофизических данных Развиты ранее предложенные авторские подходы, методики и алгоритмы оценки степени возмущенности ионосферы по данным спутникового радиопросвечивания. Рассчитаны радиотомографические и волновые индикаторы степени возмущенности ионосферы. Выявлены типы индексов, наиболее чувствительные к наличию связи между вариациями ионосферной электронной концентрации и геомагнитными возмущениями. Разработаны методы спутниковой УФ-томографии объемной скорости эмиссии OI 1356нм в ночной приэкваториальной ионосфере, создано соответствующее программное обеспечение, реализующее алгоритмы ART/SIRT. Проведено численное моделирование прямой и обратной задачи УФ-томографии для реальной геометрии экспериментов на спутниках DMSP F17. Проведены оценки разрешающей способности разработанных методов и точности реконструкций в сравнении с традиционными методами спутниковой радиотомографии ионосферы. Разработана численная модель распространения КВ радиоволн в ионосфере, основанная на решении бихарактеристической системы для уравнения эйконала с геомагнитным полем, задаваемым по модели WMM/IGRF, и распределением электронной концентрации согласно данным радиотомографии. Модель программно реализована в виде набора скриптов на языке Python. На основе данных радиотомографии проведено моделирование распространения КВ радиоволн в периоды сильнейших геомагнитных бурь и в экспериментах по активному воздействию на ионосферу на стенде Сура. Установлено возникновение в области диаграммы направленности нагревного стенда волнового канала, обеспечивающего трансионосферное распространение мощной КВ-радиоволны накачки. Реализована компьютерная модель разорванной облачности Планка для численного моделирования экспериментов по микроволновой радиометрии, в том числе с летательных и космических аппаратов. Проведены расчеты радиояркостных температур и сравнения с экспериментальными данными радиометрического мониторинга облачности в миллиметровом диапазоне длин волн (ФИРЭ, Фрязино). Проведено исследование возможностей микроволновой радиометрии ледяных спутников Юпитера с космических аппаратов, с оценкой физических параметров поверхностного слоя. Проведено численное моделирование распространения узких импульсных пучков поляризованного лазерного излучения в тонких облачных слоях. Создана методика анализа качества результатов радиозатменных экспериментов в атмосфере Земли в различных гео- гелиофизических условиях. Проведен анализ влияния тропических циклонов и внетропических циклонов и антициклонов на статистику эмпирически установленных "сбоев" или ошибок восстановления профилей метеопараметров из радиозатменных экспериментов миссии COSMIC в течение всего 2014 г Разработаны критерии автоматического программного выделения TCV в данных о флуктуациях ионосферного ПЭС на основе известных характеристик соответствующих физических процессов в ионосфере. Впервые (совместно с ИКИ РАН) проведено уникальное сравнение оптической эмиссии кислорода (630nm, камера всего неба), данных магнетометров и частоты сбоев сигналов GPS во время суббури 23.12.2014. Показано, что сбои в основном связаны с утренним высыпанием частиц во время геомагнитных суббурь в полярной ионосфере, причем максимум сбоев наблюдается во время фазы восстановления утренней суббури. Разработаны методики и проведена оценка влияния крупных атмосферных процессов на ионосферу на примере тропических тайфунов VongFong и Hagupit (2014 г.) с использованием данных трехспутниковой низкоорбитальной группировки SWARM. Оценены характерные величины, локализация и пространственно-временные характеристики ионосферного отклика на конкретные крупные тропические циклоны. С помощью метода радиоинтерферометрии с использованием навигационных сигналов GPS исследованы перемещающиеся ионосферные неоднородности, сгенерированные большой городской агломерацией. Разработана методика выделения структур от других более слабых источников.на фоне Московского мегаполиса.
16 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Исследование пространственно-временной структуры и динамики атмосферы томографическими методами
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".