Способ измерения внешнего масштаба турбулентности атмосферы

 

Изобретение относится к метеорологии и может найти применение для измерения внешнего масштаба атмосферной турбулентности. Целью изобретения является повышение точности и надежности измерений внешнего масштаба турбулентности атмосферы. В исследуемую область посыпают узконаправлевное акустическое излучение с частотой F-610 кГц. Принимают рассеянное излучение одновременно из двух направлений под углом tpn -f , ЈЧ п,Ј300-Ч р,. и углом 30° 4- Сррг Ј ер„гё 70° - сррг относительно направления посыпки, определи KDT отношение индикатрис рассеяния , сРпг)&(Ч7п, ) которому судят об исковом параметре из соотношения

СОЮЗ С08ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G Ot 1(1 00,(q Ч„) р,(1+ р,)) (" -(р, (1+ р,2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ДО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (46) 1 5. 09. 92. Бил. Р 34 ,(21) 4283983/10 (22) 24.06.87 (71) Инстйтут оптики атмосферы СО

АН СССР (72) P.À.Áàéêàëîâà, Г.М.Креков, В,П.Муравский и Л.Г.Шаманаева (53) 551.508.71 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1() 1028174, кл. G 01 W 1/00, 1983. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВНЕШНЕГО МАСШТАБА ТУРБУЛЕНТНОСТИ АТМОСФЕРЫ (57) Изобретение относится к метеорологии и может найти применение для измерения внешнего масштаба атмосфер1 где с1)„— полуширина диаграммы направленности источника излучения, Р 1 у„- полуширина.диаграмм направленИзобретение относится к метеорологии и может быть испол эовано для измерения внешнего масштаба атмосфер ной турбулентности, Целью изобретения является повышение точности измерений внешнего масштаба турбулентности атмосферы.

Способ базируется на зависимости индикатрисы рассеяния в определенном диапазоне углов от внешнего масштаба турбулентности . Выражение для полной индикатрисы рассеяния звукового Hastyчения можно записать через индикат„„SU„„1477 1 18 А1 ной турбулентности. Целью иэобретвййя является повышение точности и надежности измерений внешнего масштаба турбулентности атмосферы, В исследу" емую область посылают узконаправленное акустическое излучение с частьтой

Г 10 кГц. Принимают рассеянное излу" чение одновременно из двух направлв» ний под углом („+ Pp, -V„,=30 -9p, и углом 30 +Яр — Ц,) 6 70 - (t) относи тельно направления посылки, определя ют отношение индикатрис рассеяния

p (Ц)), э Р)) ) = К(Чп )!ьйоg) впо t »0 0 му судят oG иско.",ом параметре из со» отношения ности приемников излучения; р соЩ ) 1 f

)и;-соз cp» $ — длина воли излучения. ил, 2 рисы рассеяния на флуктуациях температуры и скорости ветра в следующем виде:

Рт. Вт (8 ) + Pv S)) ()

g (0) — — — — — — — — —- (1)

1.т+ Ру где, „ — соответственно коэффициенты рассеяния на флуктуациях температуры и скорости ветра; †.индикатрнсы рассеяния соответственно на флук1477118

55 туациях температуры и скорости9

9 - угол рассеяния.

Для полной индикатрисы рассеяния можно получить выражение

9(Р) Ор099L 9 P (2L ()"P)+

+ Ъ |) ° (6, 733 C. (1 ф)/с +С /Т ) Pz„ где L " внешний масштаб турбулейто ности м| . h " длина волны излучения, и;

Е - скорость диссипации кинетической энергии .турбулентности, м 9с ; с скорость sB Gp м/с р |ц

=соз99 Pe„Ô „+t)T

С2 — структурная характеристика, т

К2, .и-г/за

Т . - температура воздуха, К.

Расчеты полной индикатрисы рассеяния в соответствии с формулой (2) производили на ЭВМ для предельных значений интенсивности турбулентности при С =0,9 К| м ), Я=0,1 м с".

T (сильная турбулентность) | С2

=0902 К м 2(Й =0 003 мыс-з (cna бая турбулентность) ;и для значений L,=

5; 20; 100; 500 и. Расчеты показали, !

Иинимальный угол приема рассеянного излучения 6, не может быть выбран О,. так как он должен превышать

О угол расхождения с „источника из||учения для селекции рассеянного сиг" нала. С учетом конечной ширины диаг " рамм направленности приемных антенн

Ц)Р и Щ1) углы Приема должны быть.

Р! Рд о соответственноЦ„ + (P<, ({)Ä «< 30 -Ц) °

30 + QF «Чп «70 -(f< ..Расче ы показали, что точность измерения будет. тем выше, чем меньше (P вследствие более сильной зависимости (a> от L ,при меньпих углах q „ . По измеренному значению отношения индикатрис рассеЯНИЯ MPH углах ({) и (1)п величин&

9), внешнего масштаба турбулентности может быть определена до L « 40 м, поскольку при L 40 м отношение инди" катрис практически не зависит от L, Для высотной модели Ь 2Й, это дает нмакс4800 мв где ни., - высота ис следуемой области йад подстилающей поверхностью, что ограничивает макчто индикатриса рассеяния практически не зависит от высоты.в пределах километрового пограничного слоя, а для частот F 10 кГц в направлении вперед при 0 < 0 90 не зависит от параметров атмосферной турбулентности Е и С, Различие ее значений при т сильной и слабой турбулентности не превышает 2% в этом диапазоне углов рассеяния. Это позволяет использовать указанный диапазон частот для измерений внешнего масштаба турбулентности.

В области углов 30-70 рассчитанную индикатрису рассеяния можно аппроксимировать прямой, тангенс угла наклона которой одинаков для разных

Отношение индикатрисы рассеяния, измеренной при угле рассеяния

=arccos p, из диапазона углов рассеяния 0 « Q < 30, к индикатрисе рас-. сеяния, измеренной при угле

= arccos рд из диапазона углов. рассеяния 30 «О 70, одназначно определяет внешний масштаб.

Пренебрегая в (2) слагаемым

C /Ò р вклад которого в рассматриваемом диапазоне углов рассеяния мал, и обозначая 11|, =g(è )/g(1М ), получим симальную дальность измерения по предлагаемому способу-, Геометрия измерения отношения индикатрисы рассеяния при углах („, и с{)„ показана на чертеже, где показаны источник 1 излучения, приемники 2, 3 излучения, объемы 4, 5 рассеяния. Располагая приемники на одинаковом расстоянии

R R =R> от объема зондирования, отг ношение принятых мощностей в точках

2 и 3 можно записать в виде (4) где V V — соответствующие объемы рассеяния, Используя выражение для величины объемов зондирования для прямоугольных остронаправленных антенн с полушириной диаграмм направленности ()) = = „=ЧР, =ЧР,, из (4) получим

5 14771

«д».».Гг созЦ>„; совдеп,1

s(M.,)/s(„), g(q„)

g(P„) — индикатрисы расс еяння,,+ CPp, +(p„,а30 Cp, - и 30 +

@ 70 -с полуширина диаграммы направленности источника излу- 20 ч ения, полуширины диаграмм напрев" ленности приемников излучения; длина волны излучения;

Р = ??» = !?! = где („

Чр, Ч р, причем Cf ьРр 6 ц

Составитель И,Попова

Редактор Т.Лошкарева Техред А. Кравчук Корректор Л.Патай

Заказ 4063 Тираж Подписное й??КИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ.СССР ! 13035, ??осква, Ж-35., Раушскаа наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина,!01

Соотношение (5) определяет отношение индикатрис рассеяния через отношение мощностей принятых в двух точках акустических сигналов и геометрию эксперимента.

Формула изобретения

Способ измерения внешнего масш" таба турбулентности атмосферы, по

1 О 6 которому в заданную область атмосферы посыпают излучениЕ, принимают рассеянное акустическое излучение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, посыпаю- узконаправленное излучение с частотой F (10 кГц, принимают рассеянное излучение одновременно из двух направлений под углами cp„, è Ср относительно направления посыйки искомый параметр определяют иэ соотношения:

1 (1+ ))