ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ
РАБОТЫ ДАТЧИКА LIDAR 5
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ВЫСОТЫ НГО 18
ГЛАВА 3. ОБРАБОТКА И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДАННЫХ ВЫСОТЫ НИЖНЕЙ
ГРАНИЦЫ ОБЛАЧНОСТИ (ООО «ИРАМ») 24
3.1 Дискретность данных, полученных с датчиков КРАМС - 4 24
3.2 Проверка рядов ВНГО на ООО «ИРАМ» на пропуски и выбросы 26
3.3 Фильтрация нулей (ясная атмосфера) 26
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 39
Актуальность темы настоящей работы обусловлена тем обстоятельством, что определение высоты нижней границы облачности является одним из наиболее важных процедур, выполняемых инженером-метеорологом, техником-синоптиком или каким-либо другим профессионалом в сфере метеорологической науки и иных Наук о Земле.
Облачность — крайне многогранное метеорологическое явление: она может дать исследователю и специалисту обширную информацию о прошедшей погоде, о погоде настоящей или в сверхкраткосрочной и краткосрочной перспективах, о погоде в относительно продолжительной перспективе. Вся эта информация носит исключительную важность, ибо, например, для формирования метеорологических прогнозов облачности, специалисту важно располагать наибольшим объемом информации о прошедшей и настоящей погоде, дабы прогноз оказался оправдавшимся, и уже потребители метеоинформации приняли верные и эффективные действия, основываясь на имеющемся прогнозе.
Однако в силу своей многогранности и сложности для наблюдения (как было упомянуто выше), для обнаружения внутренних облачных процессов, примитивных способов наблюдения (например, визуально) зачастую оказывается мало, а потому приходится прибегать к более продвинутым методом наблюдения за облачностью. Одним из таких методов зондирования атмосферы являются системы LiDAR.
Сегодня спектр применения лазеров огромен и универсален: начиная от смартфонов и планшетов, заканчивая космическими поисками. Несомненно, это только начало. Существует огромное количество способов и инструментов для использования лазеров для производства, создания, сбора, эффективного и умелого поиска во многих сферах человеческой деятельности: в
технологической сфере, в медицине, в науках о Земле и других и так далее.
В данной работе рассматриваются вопросы использования датчиков LiDAR для получения данных о высоте нижней границы облачности. Проведен анализ данных, полученных одним из таких датчиков, находящимся на территории экспериментального полигона ООО «ИРАМ». Именно такие датчики входят в состав комплексной радиотехнической аэродромной метеорологической станции КРАМС-4, используемой для метеорологического обеспечения безопасности полетов (как в малой, так и в большой авиации).
В работе рассмотрены особенности обработки и интерпретации данных по высоте нижней границы облачности и опробована методика интерпретации данных лидарных измерений. Сформулирована соответствующая рекомендация.
Целью выпускной квалификационной работы является проведение комплексного анализа данных, зафиксированных датчиком, принцип работы которого основан на технологии LiDAR.
В начале работы изучены теоретические основы и физические принципы работы датчика LiDAR, а также теоретические основы знаний об облачности и, в частности, высоты нижней границы облачности.
Выявлена возможность повышения эффективности процесса анализа данных, путем автоматизации процесса;
Опробирована методика, предлагаемая для более эффективной обработки и интерпретации данных по ВНГО.
В данной работе были рассмотрены особенности обработки и интерпретации данных по высоте НГО, полученных с экспериментального комплекса ООО «ИРАМ» с датчика, работа которого основана на использовании технологии LiDAR.
Степень выполнения поставленных задач:
• рассмотрены теоретические основы и физические принципы работы датчика LiDAR и особенности его использования;
• изучена методика уменьшения дискретности, показаны целесообразность и эффективность применения уменьшения дискретности.
• отражено, что расширение интервала между измерениями с 15 с до 5 мин., дает возможность не пропустить основные тенденции изменения высоты нижней границы облачности и, вместе с тем избавиться от незначительных флуктуаций;
• изучена методика проверки значений НГО на выбросы;
• показано, что так называемом «выбросом» значений ВНГО является значение ВНГО = 0, то есть ясное небо, а потому в первую очередь необходимо фильтровать нулевые значения;
• на примере реальных данных выполнена обработка результатов измерений с помощью программ, разработанных на кафедре экспериментальной физики атмосферы, и подтверждена возможность сделать процесс автоматическим;
• проведена интерпритация данных измерений.
В качестве основных итогов выпускной квалификационной работы важно отметить, что проверяемая методика обработки и интерпретации данных по высоте нижней границы облачности дает возможность получить показательные данные об облачности в пункте наблюдений с учетом уменьшения дискретности измерений и исключения из ряда данных в случаях ясного неба или безоблачной атмосферы.
Методика включает в себя:
1. Интеракцию с дискретностью, а, будучи более точным, ее сокращение;
2. Фильтрацию нулей - ведь для данных о ВНГО «выбросом», конечно, являются значения безоблачной атмосферы, или значения, равные «0»;
3. Превращение анализ ряда ВНГО на разрывы и выбросы в автоматический.
В работе показано, что методика работает на примере данных датчиков с экспериментального полигона ООО «ИРАМ», работа которых основана на применении технологии LiDAR с разными типами и количеством облачности.
Данную методику можно применять при обработке и анализе высоты нижней границы облаков.
Так жк можно дать следующие рекомендации:
• процедура фильтрации нулей может быть использована только в тех случаях, когда нет необходимости фиксировать отсутствие облачности;
• фильтрация нулей, значений при отсутствии облачности, позволяет без ущерба для исследования уменьшить трудозатраты при анализе на наличие выбросов.
