Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и создание измерительно-вычислительной системы для реализации технологии мезомасштабного мониторинга и прогнозирования состояния атмосферного пограничного слоя

Докладчик: Тихомиров Александр Алексеевич

Должность: заведующий лабораторией, д.т.н., профессор

Цель проекта:
1. Создание комплекса научно-технических решений в области разработки измерительно-вычислительной системы (ИВС), предназначенной для реализации технологии мезомасштабного мониторинга и прогнозирования состояния атмосферного пограничного слоя (АПС). 2. Получение новых научно-технических результатов в области оперативного мониторинга и прогнозирования основных метеорологических и экологических характеристик участка приземного слоя атмосферы над мезомасштабными объектами.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные результаты.
1.1. Прототип технического решения (технические принципы) технологии инструментального мезомасштабного мониторинга и прогнозирования состояния АПС.
1.2. Метод определения типа стратификации и вертикальных профилей метеорологических характеристик АПС.
1.3. Метод контактного определения вертикальных профилей метеорологических характеристик АПС.
1.4. Метод контактного определения вертикальных профилей метеорологических и турбулентных характеристик АПС.
1.5. Метод определения интегральных и структурных характеристик осадков (дождя, града).
1.6. Метод определения газовых загрязнений приземного АПС.
1.7. Метод определения содержания паров ртути в воздухе приземного АПС.
1.8. Сформулированные технические требования в виде проекта технического задания на проведение ОКР по теме "Разработка измерительно-вычислительной системы для реализации технологии мезомасштабного мониторинга и прогнозирования состояния АПС".
1.9. Предложения и рекомендации по реализации (коммерциализации) результатов ПНИ и вовлечению в хозяйственный оборот.

2. Основные характеристики планируемых результатов.
2.1 Прототип технического решения (технические принципы) технологии инструментального мезомасштабного мониторинга и прогнозирования состояния АПС будет обеспечивать непрерывные измерения атмосферных параметров, включая восстановление вертикальных профилей следующих характеристик:
а) скорость и направление горизонтального и вертикального ветра;
б) температура и влажность воздуха;
в) атмосферное давление.
На основании результатов измерений определять:
г) тип атмосферных осадков и их количественные характеристики;
д) турбулентные характеристики атмосферы.
2.2 Метод определения типа стратификации и вертикальных профилей метеорологических характеристик АПС.
2.3 Метод контактного определения вертикальных профилей метеорологических характеристик АПС позволит измерять вертикальные профили температуры и влажности воздуха, атмосферного давления, турбулентных характеристик атмосферы.
2.4 Метод определения интегральных и структурных характеристик осадков позволит определять их тип (дождь, град) и измерять количественные характеристики жидких осадков (интенсивность и их количество).
2.5 Метод определения газовых загрязнений приземного АПС позволит определять вид и концентрацию следующих газов: оксид углерода, диоксид углерода, окись азота, метан, метанол, диоксид серы, аммиак, формальдегид, бензол, толуол с чувствительностью не хуже 50-100 ppb.
2.6. Метод определения содержания паров ртути в воздухе приземного АПС позволит определять их количество с чувствительностью не хуже 30 нг/куб.м.

3. Оценка элементов новизны.
3.1. Непрерывные измерения атмосферных параметров, включая восстановление вертикальных профилей метеорологических характеристик АПС. Высокая частота опроса метеорологических датчиков (40 Гц), обеспечивающая определение турбулентных характеристик АПС.
3.2. Определение типа стратификации и вертикальных профилей метеорологических характеристик АПС на основе комплексных измерений с помощью двухуровневой метеорологической системы и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).
3.3. Автоматические портативные метеостанции, устанавливаемые на борту БПЛА аэростатного и геликоптерного типа, позволят выполнять долгосрочные и оперативные измерения вертикальных профилей метеорологических и турбулентных характеристик атмосферы контактным методом, обеспечивая реализацию новых технологий пространственно-временного прогнозирования состояния АПС.
3.4. Применение комплексного метода измерения концентрации газовых компонентов атмосферы, включая методы спонтанного комбинационного рассеяния (СКР) и дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии (ДОАС). Метод СКР позволит определять не только тип известного газового загрязнителя но и постоянно расширять количество определяемых газовых компонент путем добавления их спектров в базу данных.

4. Сопоставлений с результатами аналогичных работ.
4.1. В отличие от существующих аналогов разрабатываемый прототип ИВС позволяет проводить непрерывные измерения метеорологических величин в АПС с высокой частотой опроса метеодатчиков (40 Гц), проводить модельное восстановление и непосредственное контактное измерение вертикальных профилей метеорологических величин, измерять газовые загрязнения атмосферы, осуществлять сверхкраткосрочный прогноз развития метеорологической и экологической ситуаций АПС на региональном уровне.

5. Пути и способы достижения заявленных результатов.
5.1. В соответствии с требованиями ТЗ разрабатываются методы определения искомых метеорологических и экологических характеристик АПС с помощью создаваемого экспериментального образца измерительно-вычислительной системы, предназначенной для реализации технологии мезомасштабного мониторинга и прогнозирования АПС.
5.2. Достижение заявленных результатов осуществляется за счет субсидии Минобрнауки России (45 млн. руб.) и внебюджетных источников софинансирования (45,2 млн. руб.), включая средства индустриального партнера в период 2014-2016 гг.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Региональные департаменты природных ресурсов и охраны окружающей среды для использования ИВС при проведении непрерывного мониторинга состояния атмосферного пограничного слоя.
Крупные промышленные, транспортные и прочие объекты хозяйственной инфраструктуры, функционирование которых имеет зависимость от метеорологической ситуации.
Различные рода и виды вооруженных сил, нуждающиеся в метеорологическом освещении театра военных действий (поля боя).
2. Проект технического задания на проведение ОКР по теме "Разработка измерительно-вычислительной системы для реализации технологии мезомасштабного мониторинга и прогнозирования состояния АПС". Передача результатов, полученных при выполнении ПНИЭР индустриальному партнеру для создания опытных образцов ИВС и их последующего производства.
3. Обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры в области метеорологического и экологического мониторинга.

Текущие результаты проекта:
1. Отчет, содержащий аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему метеорологического и экологического мониторинга атмосферы.
2. Отчет по теоретическим исследованиям в области разработки и применения ИВС для мезомасштабного мониторинга и прогнозирования состояния АПС.
3. Отчет о патентных исследованиях.
4. Комплект эскизной технической документации на испытательный комплекс (ИК).
5. Экспериментальный образец ИК для проведения лабораторных испытаний составных частей экспериментального образца измерительно-вычислительной системы и акт изготовления ИК.