📄Работа №187130
Тема: Оценка вклада двукратного рассеяния в лидарный сигнал от облаков нижнего яруса
Характеристики работы
Тип работы
Дипломные работы, ВКР
Предмет
Техническая механика
Объем:
38 листов
Год:
2017
Просмотров:
64
4380
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ 4
1 СВОЙСТВА АТМОСФЕРЫ 7
1.1 Атмосферный аэрозоль 7
1.2 Виды облаков 8
1.2.1 Облака верхнего яруса 8
1.2.2 Облака среднего яруса 10
1.2.3 Облака нижнего яруса 11
1.2.4 Облака вертикального развития 13
2. МЕТОДЫ ОПИСАНИЯ ЛИДАРНОГО СИГНАЛА 15
2.1 Уравнение лазерного зондирования 18
2.2 Метод Монте-Карло 22
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИДАРНОГО СИГНАЛА ОТ ОБЛАКОВ 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 35
1 СВОЙСТВА АТМОСФЕРЫ 7
1.1 Атмосферный аэрозоль 7
1.2 Виды облаков 8
1.2.1 Облака верхнего яруса 8
1.2.2 Облака среднего яруса 10
1.2.3 Облака нижнего яруса 11
1.2.4 Облака вертикального развития 13
2. МЕТОДЫ ОПИСАНИЯ ЛИДАРНОГО СИГНАЛА 15
2.1 Уравнение лазерного зондирования 18
2.2 Метод Монте-Карло 22
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИДАРНОГО СИГНАЛА ОТ ОБЛАКОВ 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 35
📖 Аннотация
Работа посвящена оценке вклада двукратного рассеяния в сигнал лидарного зондирования облаков нижнего яруса. Актуальность исследования обусловлена тем, что классическое уравнение лазерного зондирования, лежащее в основе интерпретации лидарных данных, не учитывает эффекты многократного рассеяния, что приводит к значительным погрешностям при изучении оптически плотных сред, таких как облака. Для решения этой задачи в исследовании применяется метод Монте-Карло, позволяющий моделировать распространение излучения с учетом множественных актов рассеяния. На его основе была разработана программа для численного моделирования лидарного сигнала и анализа вклада отдельных кратностей рассеяния. Результаты моделирования позволили верифицировать приближение двукратного рассеяния, описанное в работах Брюхановой В.В. и в трудах Зуева В.Е. и Крекова Г.М., и количественно оценить его значимость для корректного восстановления микрофизических параметров облаков. Полученные результаты имеют практическую значимость для повышения точности лидарного мониторинга атмосферы и могут быть использованы в метеорологических службах и научных группах, занимающихся дистанционным зондированием, для уточнения алгоритмов обработки данных при зондировании облачных образований.
📖 Введение
Атмосфера - это подвижная и легкая оболочка Земли. Самой нижней частью атмосферы Земли является тропосфера, которая составляет около 75% массы атмосферы и 99% ее водяного пара и аэрозолей. В этом слое атмосферы температура понижается с высотой. Средняя высота его в умеренных широтах 10-11км, над полюсами 8-10 км, над экватором 16-18 км. Большинство явлений, которые происходят в тропосфере, оказывают большое влияние на погоду и климат. Здесь происходят практически все погодообразующие процессы: тепло- и влагообмен между Землей и атмосферой; образование облаков, туманов и осадков; наблюдаются другие метеорологические явления. Все эти процессы сложные и требуют постоянного отслеживания изменений. Такой контроль можно осуществлять с помощью методов лазерного зондирования. При взаимодействии лазерного излучения с атмосферой происходит множество явлений, потому что размеры неоднородностей сопоставимы с длиной волны оптического диапазона. Этим объясняется многообразие методов лазерного зондирования атмосферы.
Для исследования облаков часто используется метод упругого аэрозольного рассеяния, т.е. метод, основанный на процессе столкновения частиц, в результате которого меняются только их импульсы, а внутреннее состояние остается неизменным [1]. Рассеяние света частицами, радиус которых превышает 0.1 длины волн падающего света, называют рассеянием Ми или аэрозольным рассеянием, которое характеризуется: сложной зависимостью интенсивности рассеянного света от угла наблюдения; слабой зависимостью коэффициента рассеяния от длины волны, когда размеры частиц велики по сравнению с длиной волны света; подтверждением этому служит белый цвет обыкновенных облаков.
Прибором для исследования является лидар. Термин лидар
расшифровывается как «оптическая идентификация, обнаружение и локация»
(от англ. Light identification, detection and ranging [2]). Принцип работы
4
лидара: посылается излучение в исследуемый объем,
провзаимодействовавшее излучение регистрируется в приемной системе; анализируя изменение интенсивности, можно сделать выводы о характеристиках рассеивающей среды.
Интерпретация данных лидарных экспериментов основана на уравнении лазерного зондирования (УЛЗ), которое связывает регистрируемую мощность отражённого излучения с параметрами приемо-передающей системы лидара и характеристиками среды. Однако данное уравнение не учитывает эффектов многократного рассеяния (МР) которые появляются при зондировании оптически плотных аэрозольных образований таких, как облака туманы и дымки [2].
Явление МР в полной мере описывается уравнением переноса излучения (УПИ), которое до сих пор в общем виде не решено. В работе [10] показано, что уровень многократного рассеяния в лидарном сигнале зависит от угла поля зрения приемной системы лидара, дальности и оптической плотности облака. Во многих значимых случаях лидарный сигнал с достаточной точностью можно описать в приближении двукратного рассеяния (ДР) [2]. Оценка применимости данного подхода может быть выполнена на основе метода Монте-Карло, который широко используется для имитации разнообразных физических процессов.
Целью данной работы является разработка программы, позволяющей рассчитать лидарный сигнал на основе приближения двукратного рассеяния и оценить применимость данного подхода при рассматриваемых условиях эксперимента. Для достижения поставленной цели необходимо было выполнить поставленные задачи:
1. изучить физические основы лазерного зондирования дисперсных сред, особенности формирования лидарного сигнала и применения метода Монте-Карло в атмосферной оптике;
2. разработать и программно реализовать алгоритм численного моделирования лидарного сигнала в приближении ДР и оценки вклада ДР в лидарный сигнал от капельного аэрозольного образования.
Для исследования облаков часто используется метод упругого аэрозольного рассеяния, т.е. метод, основанный на процессе столкновения частиц, в результате которого меняются только их импульсы, а внутреннее состояние остается неизменным [1]. Рассеяние света частицами, радиус которых превышает 0.1 длины волн падающего света, называют рассеянием Ми или аэрозольным рассеянием, которое характеризуется: сложной зависимостью интенсивности рассеянного света от угла наблюдения; слабой зависимостью коэффициента рассеяния от длины волны, когда размеры частиц велики по сравнению с длиной волны света; подтверждением этому служит белый цвет обыкновенных облаков.
Прибором для исследования является лидар. Термин лидар
расшифровывается как «оптическая идентификация, обнаружение и локация»
(от англ. Light identification, detection and ranging [2]). Принцип работы
4
лидара: посылается излучение в исследуемый объем,
провзаимодействовавшее излучение регистрируется в приемной системе; анализируя изменение интенсивности, можно сделать выводы о характеристиках рассеивающей среды.
Интерпретация данных лидарных экспериментов основана на уравнении лазерного зондирования (УЛЗ), которое связывает регистрируемую мощность отражённого излучения с параметрами приемо-передающей системы лидара и характеристиками среды. Однако данное уравнение не учитывает эффектов многократного рассеяния (МР) которые появляются при зондировании оптически плотных аэрозольных образований таких, как облака туманы и дымки [2].
Явление МР в полной мере описывается уравнением переноса излучения (УПИ), которое до сих пор в общем виде не решено. В работе [10] показано, что уровень многократного рассеяния в лидарном сигнале зависит от угла поля зрения приемной системы лидара, дальности и оптической плотности облака. Во многих значимых случаях лидарный сигнал с достаточной точностью можно описать в приближении двукратного рассеяния (ДР) [2]. Оценка применимости данного подхода может быть выполнена на основе метода Монте-Карло, который широко используется для имитации разнообразных физических процессов.
Целью данной работы является разработка программы, позволяющей рассчитать лидарный сигнал на основе приближения двукратного рассеяния и оценить применимость данного подхода при рассматриваемых условиях эксперимента. Для достижения поставленной цели необходимо было выполнить поставленные задачи:
1. изучить физические основы лазерного зондирования дисперсных сред, особенности формирования лидарного сигнала и применения метода Монте-Карло в атмосферной оптике;
2. разработать и программно реализовать алгоритм численного моделирования лидарного сигнала в приближении ДР и оценки вклада ДР в лидарный сигнал от капельного аэрозольного образования.
✅ Заключение
В данной работе была разработана программа для моделирования лидарного сигнала с использованием метода Монте-Карло и на основе уравнение лазерного зондирования в приближении второй кратности рассеяния.
Результаты моделирования на основе данной программы позволяют проанализировать вклад в лидарный сигнал отдельных кратностей рассеяния и верифицировать результаты расчета лидарного сигнала на основе уравнение лазерного зондирования в приближении двукратного рассеяния.
Результаты моделирования на основе данной программы позволяют проанализировать вклад в лидарный сигнал отдельных кратностей рассеяния и верифицировать результаты расчета лидарного сигнала на основе уравнение лазерного зондирования в приближении двукратного рассеяния.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.