Спектральные измерения в диапазоне 18 – 27,2 ГГц для определения профиля влажности атмосферы

Для изучения возможностей и точности определения профиля влажности атмосферы по измерениям спектров радиотеплового излучения атмосферы с высоким частотным разрешением проведены наземные эксперименты с использованием СВЧ радиометра спектрометра Р22М. Измерения проводились из окна лаборатории в Московской области.
СВЧ радиометрические измерения сопровождались съемкой состояния облачности при помощи web-камеры и измерениями метеоданных (температура, давление, влажность, скорость и направление ветра, интенсивность осадков) при помощи метеостанции, установленной на крыше здания.
Одной из существенных сложностей спектральных измерений является их калибровка. Калибровка осуществлялась по излучению черного тела при комнатной температуре и охлажденному жидким азотом. При этом большое значение имеет учет влияния боковых лепестков диаграммы направленности антенны на каждой частоте измерений. Для определения спектральной характеристики коэффициента рассеяния антенны разработана специальная методика.
Для получения информации о профилях влажности атмосферы были осуществлены длительные серии круглосуточных спектральных измерений нисходящего радиотеплового излучения атмосферы. Была разработана и программно реализована методика их обработки и анализа, направленная на восстановление вертикального профиля влажности атмосферы.
Методика восстановления заключалась в подборе состояния атмосферы (ее температурно-влажностного профиля), модельный радиояркостный спектр излучения которого был наиболее близок к экспериментально измеренному. Подбор осуществлялся методом последовательных приближений. В качестве исходного состояния выбиралась климатическая норма для места и сезона измерений. Последовательные приближения были реализованы с помощью нелинейного алгоритма Левенберга-Марквардта.
По результатам обработки восстановлен ряд профилей влажности для различных условий наблюдения (время наблюдений, наличие облачности). Дан предварительный анализ качества восстановления. Обсуждены дальнейшие пути совершенствования методики.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 16-07-00956 А.