Использование мобильного метеорологического радиолокатора «Контур-МЕТЕО-01» в работах по активному воздействию на облака Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ISSN 0321-3005 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. 2014. № 1

УДК 551.509; 621.396

использование мобильного метеорологического радиолокатора «контур-метеор» в работах по активному воздействию на облака

© 2014 г. А.А. Бычков, Б.П. Колосков, В.П. Корнеев, А.В. Шаповалов, Г.Г. Щукин, В.Ю. Жуков

Бычков Алексей Александрович - ведущий инженер, Агентство атмосферных технологий, Большой Предтеченский пер., 11-9, г. Москва, 123242, e-mail: bychkovaleks@gmail.com.

Колосков Борис Павлович - доктор физико-математических наук, заместитель директора, Агентство атмосферных технологий, Большой Предтеченский пер., 11-9, г. Москва, 123242, e-mail: bkoloskov@mail.ru.

Bychkov Alexey Aleksandrovich - Leader Engineer, Agency of Atmospheric Technologies, Bolshoy Predtechensky Lane, 11-9, Moscow, Russia, 123242, e-mail: bychkovaleks@gmail.com.

Koloskov Boris Pavlovich - Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Deputy Director, Agency of Atmospheric Technologies, Bolshoy Predtechensky Lane, 11-9, Moscow, Russia, 123242, e-mail: bkoloskov@mail.ru.

Корнеев Виктор Петрович - кандидат технических наук, директор, Агентство атмосферных технологий, Большой Предтеченский пер., 11-9, г. Москва, 123242, e-mail: kornvp@mail. ru.

Шаповалов Александр Васильевич - доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией математического моделирования, Высокогорный геофизический институт, пр. Ленина, 2, г. Нальчик, КБР, 360030.

Щукин Георгий Георгиевич - доктор физико-математических наук, профессор, Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, ул. Ждановская, 13, г. Санкт-Петербург, 197082, e-mail: ggshchukin@mail.ru.

Жуков Владимир Юрьевич - Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского, ул. Ждановская, 13, г. Санкт-Петербург, 197082.

Korneev Victor Petrovich - Candidate of Technical Science, Director, Agency of Atmospheric Technologies, Bolshoy Predtechensky Lane, 11-9, Moscow, Russia, 123242, e-mail: kornvp@mail.ru.

Shapovalov Alexander Vasilyevich - Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Chief of Laboratory of Mathematical Modeling, High-Mountain Geophysical Institute, Lenin Ave, 2, Nalchik, Russia, 360030.

Schukin Georgy Georgiyevich - Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, A.F. Mozhaysky Military and Space Academy, Zhdanovskaya St., 13, St. Petersburg, Russia, 197082, e-mail: ggshchukin@mail.ru.

Zhukov Vladimir Yuryevich - A.F. Mozhaysky Military and Space Academy, Zhdanovskaya St., 13, St. Petersburg, Russia, 197082.

Приводится описание одноволнового (3,2 см) мобильного метеорологического радиолокатора «Контур-МЕТЕО-01», созданного в 2010 г. ООО «Контур-НИИРС» (г. Санкт-Петербург) по заказу АНО «Агентство АТТЕХ» и предназначенного для обеспечения работ по активному воздействию на облака метеорологической радиолокационной информацией в районах, где отсутствует возможность получения регулярной метеорологической радиолокационной информации. Анализ получаемой «Контур-МЕТЕО-01» информации показал, что радиолокатор надёжно обнаруживает зоны конвективной облачности на расстоянии до 150-200 км и слоистой облачности до 100-120 км.

Ключевые слова: метеорологический радиолокатор, активные вздействия, облака, осадки.

The paper provides a description of the single-wave (3.2 sm) mobile weather radar «Kontur-METEO-01», created in 2010 by OOO «Kontur-NIIRS» (St. Petersburg), commissioned by ANO «Agency ATTECH», and designed to provide work on weather modification of clouds and precpitation by radar information in areas where there is no possibility of obtaining regular weather radar information. Analysis of the resulting «Kontur-METEO-01» information showed that reliably detects radar zone convective clouds at a distance of150-200 km and stratus clouds to 100-120 km.

Keywords: meteorological radar, weather modification, clouds, precipitation.

Основным источником получения радиолокационной метеорологической информации при проведении работ по активному воздействию (АВ) на облака на территории Российской Федерации является радиолокационная сеть Росгидромета, включающая в себя метеорологические локаторы (МРЛ), позволяющие получать информацию о метеорологических явлениях погоды на удалении до 200 - 250 км от МРЛ.

Радиолокационные системы являются важным элементом информационно-измерительной системы, обеспечивающей успешность организации и проведения работ по АВ на облака с целью искусственного регулирования осадков.

Данные радиолокационных наблюдений позволяют провести:

- оценку пригодности облаков и облачных систем для засева;

- планирование и выполнение самолетных операций по засеву облаков;

- оценку результатов засева при физической и статистической оценке воздействий.

Для решения данных задач применяются разработанные российскими специалистами метеорологические автоматизированные радиолокационные комплексы АКСОПРИ, «Метеоячейка», МЕРКОМ, ДМРЛ-С.

Современная радиолокационная сеть Росгидромета не обеспечивает полное покрытие территории РФ, поэтому актуальной стала задача создания мобильного радиолокатора, способного обеспечить работы по АВ радиолокационной информацией об облаках и осадках в районах, где отсутствует такая информация.

Мобильный метеорологический радиолокатор «Контур-МЕТЕО-01»

Для решения данной задачи в 2010 г. по техническому заданию АНО «Агентство атмосферных технологий» ООО «Контур-НИИРС» (г. Санкт-Петербург) был создан и успешно прошёл приёмосдаточные испытания мобильный метеорологический радиолокатор (ММРЛ) «Контур-МЕТЕО-01» (рис. 1) [1, 2].

В состав ММРЛ «Контур-МЕТЕО-01» входят поворотная платформа, приемопередатчик, волноводно-щелевая антенна, волноводный тракт, радиопрозрачный колпак, ноутбук.

Основные технические характеристики ММРЛ «Контур-МЕТЕО-01»:

Длина волны - 3,2 см.

Импульсная мощность передатчика - 5 кВт.

Вес - 60 кг.

Габариты ММРЛ:

Высота - 1,1 м.

Диаметр - 1,2 м.

Электропитание ММРЛ - 220 В, 50 Гц.

Потребляемая мощность - не более 250 Вт.

ММРЛ «Контур-МЕТЕО-01» обеспечивает:

1) обнаружение и отображение метеорологической информации о полях облачности и осадков, определение их характеристик:

- радиолокационной отражаемости;

- верхней границы облачности;

- интенсивности осадков;

- профиля радиолокационной отражаемости;

- опасных метеоявлений погоды (облачность, осадки, ливень, гроза, град, шквал);

2) архивирование метеорологической информации;

3) контроль функционирования радиолокатора.

Рис. 1. Общий вид ММРЛ «Контур-МЕТЕО-01»

Управление ММРЛ, а также последующая обработка и анализ полученных данных об облачности, осадках и явлениях погоды в районе работ на удалении до 200 км осуществляются с помощью специально разработанного программного обеспечения Metviewx и Client-kontur.

В процессе опытной эксплуатации ММРЛ в 20102013 гг. были разработаны дополнительные технические средства, позволяющие:

- получать и передавать получаемую ММРЛ «Кон-тур-МЕТЕО-01» радиолокационную метеорологическую информацию по каналам связи (HTTP, FTP, GSM) на пункт управления в режиме реального времени;

- использовать ММРЛ «Контур-МЕТЕ0-01» в составе мобильного пункта управления (МПУ), созданного на базе автомобиля УАЗ-3909, что обеспечивает возможность использования ММРЛ в местах, где отсутствует радиолокационная метеорологическая информация.

Наряду с доработкой технических средств по результатам опытной эксплуатации был проведён комплекс работ по отладке и доработке программно -аппаратного комплекса ММРЛ «Контур-МЕТЕ0-01», в результате чего:

- доработан блок записи и вычитания радиолокационных сигналов от местных предметов;

- усовершенствованы алгоритмы расчёта и отображения скорости и направления переноса зон радиоэхо;

- разработан и включён в программное обеспечение модуль формирования объёмных файлов размером 100x100, 200x200 и 400x400 км с разрешением 1, 2 и 4 км2 соответственно.

Сравнительный анализ получаемых от ММРЛ радиолокационных данных

С целью проверки достоверности и качества полученной ММРЛ информации были проведены

сравнения радиолокационных данных, полученных в ходе опытной эксплуатации «Контур -МЕТЕО-01», с данными из других источников: доплеровский метеорологический радиолокатор (ДМРЛ) «Метеор-500С» (аэропорт Пулково, г. Санкт-Петербург), автоматизированные радиолокационные комплексы АКСОПРИ (МРЛ-5, Крылатское, г. Москва) и АМРК (МРЛ-5, аэропорт Внуково, г. Москва).

Сравнительный анализ радиолокационных циф-рокарт показал достаточно хорошее совпадение полученной различными комплексами радиолокационной метеоинформации. В качестве иллюстрации на рис. 2 приведены цифрокарты распределения интенсивности осадков, полученных ММРЛ, установленным на аэродроме Чкаловский (Московская область), и комплексом АКСОПРИ в Крылатском в 9.20 12 июня 2013 г.

Статистическая обработка 4500 пар значений радиолокационной отражаемости, измеренных ММРЛ, установленным в ООО «Контур-НИИРС» (г. Санкт-Петербург), и ДМРЛ, имеющим более высокий потенциал за счёт большей мощности (250 кВт) и более узкую диаграмму направленности (1 градус), показала достаточно хорошее совпадение данных, полученных обоими радиолокаторами: для дальностей до 50 км коэффициент корреляции значений отражаемости составил 0,73; для дальностей 50-100 км -0,67 и для дальностей 100-150 км - 0,45. Полученные значения находятся в хорошем соответствии с теоретическими оценками возможных отличий данных, полученных ММРЛ и ДМРЛ [3].

Сравнительный анализ данных также показал, что ММРЛ из-за меньшего потенциала практически «не видит» зоны радиоэха с отражаемостью Ъ менее 6 дБЪ (т.е. с интенсивностью осадков I менее 0,15 мм/ч) на дальности менее 50 км, Ъ менее 12 дБЪ (I менее 0,25 мм/ч) на дальности 50-100 км, Ъ менее 14 дБЪ (I менее 0,45 мм/ч) на дальности 100-150 км и Ъ менее 19 дБЪ (I менее 0,8 мм/ч) на дальности 150-200 км.

Рис. 2. Цифрокарты интенсивности осадков, полученные ММРЛ «Контур-Метео-01» (слева) и АКСОПРИ (МРЛ-5, Крылатское) (справа), в 9.20 12 июня 2013 г.

Таким образом, результат опытной эксплуатации ММРЛ «Контур-МЕТЕО-01», а также выполненные доработки и проведённый сравнительный анализ радиолокационной метеорологической информации, получаемой ММРЛ «Контур-МЕТЕО-01», с данными из других источников позволяют сделать следующие выводы:

- опытная эксплуатация подтвердила высокую надёжность работы ММРЛ в автоматическом режиме;

- ММРЛ «Контур-МЕТЕО-01» позволяет надёжно обнаруживать зоны конвективной облачности на расстоянии до 150-200 км и слоистой облачности до 100-120 км;

- ММРЛ «Контур-МЕТЕО-01» может быть использован для получения радиолокационной метеорологической информации при проведении работ по активному воздействию на облака с целью искусственного регулирования осадков в составе как стационарных, так и мобильных пунктов управления активными воздействиями на облака.

Поступила в редакцию_

Литература

1. Амурский Д.В., Корнеев В.П., Колосков Б.П., Стасен-

ко В.Н., Шаповалов А.В., Щукин Г.Г., Жуков В.Ю., Мельник С.В., Егоров О.Г. Мобильный пункт управления авиационными работами по активному воздействию на облака (МПУ АВ) // Докл. Всерос. конф. по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы. Нальчик, 24-28 октября 2011 г. Нальчик, 2013. С. 367-371.

2. Колосков Б.П., Корнеев В.П., Щукин Г.Г. Методы и

средства модификации облаков, осадков и туманов. СПб., 2012. 341 с.

3. Жуков В.Ю., Клейменова А.В., Колосков Б.П., Корнеев В.П.,

Щукин Г.Г. Результаты опытной эксплуатации малогабаритного метеорологического радиолокатора «Кон-тур-МЕТЕО-01» // Проблемы военно-прикладной геофизики и контроля состояния природной среды: тр. II всерос. науч. конф. СПб., 2012. Т. 1. С. 387-393.

17 декабря 2013 г.