cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2023-26-5-19-29caht-2230Research ArticleТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫTRANSPORTATION SYSTEMSЭкспериментальный статистический анализ радиолокационных сигналов, отраженных от опасных метеорологических явленийExperimental statistical analysis of radar signals reflected from weather hazardsБояренкоЭ. С.BoyarenkoE. S.

Бояренко Эльвира Сергеевна, аспирант кафедры технической эксплуатации радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта

Москва

Elvira S. Boyarenko, Postgraduate Student, Technical Maintenance of Air Transport Radio Electronic Equipment Chair

Moscow

boyarenko.elvira@mail.ruБолеловЭ. А.BolelovE. A.

Болелов Эдуард Анатольевич, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой технической эксплуатации радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта

Москва

Eduard A. Bolelov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, the Head of the Technical Maintenance of Air Transport Radio-Electronic Equipment Chair

Moscow

edbolelov@mail.ruВасильевО. В.VasilievO. V.

Васильев Олег Валерьевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технической эксплуатации радиоэлектронного оборудования воздушного транспорт

Москва

Oleg V. Vasiliev, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Technical Maintenance of Air Transport Radio-Electronic Equipment Chair

Moscow

vas_ov@mail.ruКоротковС. С.KorotkovS. S.

Коротков Сергей Сергеевич, доктор технических наук, профессор кафедры технической эксплуатации радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта

Москва

Sergei S. Korotkov, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Technical Maintenance of Air Transport Radio-Electronic Equipment Chair

Moscow

vas_ov@mail.ruМосковский государственный технический университет гражданской авиацииРоссияMoscow State Technical University of Civil AviationRussian Federation2023301020232651929Copyright © Бояренко Э.С., Болелов Э.А., Васильев О.В., Коротков С.С., 20232023Бояренко Э.С., Болелов Э.А., Васильев О.В., Коротков С.С.Boyarenko E.S., Bolelov E.A., Vasiliev O.V., Korotkov S.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/2230

Характер причин возникновения предпосылок к летным происшествиям по метеорологическим условиям является неизменным в течение многих лет. Для эффективной работы авиации необходимо решать вопросы своевременного обнаружения опасных метеоявлений и определения их интенсивности. В настоящей статье обсуждаются исследования атмосферной отражаемости и турбулентности в кучево-дождевых облаках с использованием метеорологического радиолокационного комплекса ближней зоны. Экспериментальные исследования проводятся в интересах получения оценок статистических характеристик распределения отражаемости и турбулентности для опасных метеоявлений. Представлена методика проведения экспериментального исследования по сбору информации об опасных метеорологических явлениях (ливень, гроза и град), особенностях распространения радиолокационной отражаемости и удельной скорости диссипации турбулентной энергии в рассматриваемых условиях для Тверской области. Проведен анализ полученных результатов: сравнения метеорологической информации, полученной при помощи метеорологического радиолокационного комплекса ближней аэродромной зоны с достоверными источниками данных метеорологических наблюдений, полученных в ходе экспериментальных исследований. Произведены исследования горизонтальных разрезов и вертикальных профилей рассматриваемых параметров опасных метеоявлений, связанных с кучево-дождевой областью. Сформирован банк данных. Построены гистограммы распределения информационных параметров. В статье рассмотрены результаты аппроксимации экспериментальных данных по критерию χ2 для различных законов распределения. Показано, что распределения отражаемости и турбулентности могут быть описаны обобщенным законом Райса. Полученные результаты могут быть использованы для коррекции критериев классификации опасных метеоявлений, для последующего повышения оправдываемости и достоверности при классификации опасных метеоявлений. Дальнейшее развитие способа обработки метеорологической информации также имеет большое значение для более корректной интерпретации результатов обработки экспериментальных данных дистанционного зондирования метеорологических явлений.

The nature of the causes of prerequisites for flight accidents due to meteorological conditions has remained unchanged for many years. For the effective operation of aviation, it is necessary to solve the issues of the timely detection of weather hazards and the identification of their intensity. This article discusses the research into the atmospheric reflectivity and turbulence in cumulonimbus clouds using a near-field meteorological radar system. Experimental studies are carried out with the aim of obtaining estimates of statistical characteristics of the reflectivity distribution and turbulence for weather hazards. The methodology for conducting an experimental study to obtain information about the weather hazards (rain shower, thunderstorm and hail), special features of the radar reflectivity propagation and the specific rate of turbulent energy dissipation in the considered conditions for the Tver region is presented. The analysis of the obtained results has been carried out: comparisons of meteorological data derived, using the meteorological radar complex of the near airfield zone (WR BZ), with the reliable sources of meteorological observation data obtained during experimental studies. Studies of horizontal sections and vertical profiles of the weather hazards parameters under consideration, associated with the cumulonimbus area, have been carried out. A data bank has been formed. Histograms of the information parameter distribution have been constructed. The article considers the results of experimental data approximation, using the χ2 criterion for various distribution laws. It is shown that the distributions of reflectivity and turbulence can be described by the generalized Rice’s law. The results obtained can be used to correct the classification criteria of weather hazards to subsequently increase the justification and reliability of the weather hazard classification. The further development of the method to process meteorological information is also of paramount importance to more correctly interpretate experimental data processing results of remote meteorological phenomena sensing.

метеорологический радиолокаторближняя зона аэродромаопасные метеорологические явленияклассификация метеорологических явленийстатистический анализ данныхmeteorological radarnear-airfield zoneweather hazardsclassification of weather phenomenastatistical data analysisИсследования проводятся за счет гранта Российского научного фонда в рамках проекта № 23-29-00450The study was conducted with the financial support of the Russian Science Foundation, project № 23-29-00450ReferencesБасов И.А., Дмитриева О.А., Доро- феев Е.В. Методические указания по производству метеорологических радиолокационных наблюдений на ДМРЛ-С на сети Росгидромета в целях штормооповещения и метеообеспечения авиации. СПб.: ФГБУ «ГГО им. А.И. Воейкова», 2013. 137 с.Basov, I.A., Dmitrieva, O.A., Dorofeev, E.V. (2013). Methodological guidelines for the production of meteorological radar observations on the DMRL-S on the Roshydromet network for the purpose of storm warning and meteorological support of aviation. St. Petersburg: FGBU "GGO im. A.I. Voeykova", 137 p. (in Russian)Vasiliev O.V. Concerning the issue of classification of hazardous weather events / O.V. Vasiliev, E.S. Boyarenko, K.I. Galaeva, S.A. Zyabkin // 2022 XIX Technical Scientific Conference on Aviation Dedicated to the Memory of N.E. Zhukovsky (TSCZh). IEEE, 2022. P. 76–78.Vasiliev, O.V., Boyarenko, E.S., Galaeva, K.I., Zyabkin, S.A. (2022). Concerning the issue of classification of hazardous weather events. In: 2022 XIX Technical Scientific Conference on Aviation Dedicated to the Memory of N.E. Zhukovsky (TSCZh), IEEE, pp. 76–78.Васильев О.В. Критерии принятия решений для классификации метеоявлений в метеорологическом радиолокационном комплексе ближней аэродромной зоны / О.В. Васильев, С.С. Коротков, К.И. Галаева, Э.С. Бояренко // Научный Вестник МГТУ ГА. 2023. Т. 26, № 2. С. 49–60. DOI: 10.26467/2079-0619-2023-26-2-49-60Vasiliev, O.V., Korotkov, S.S., Galaeva, K.I., Boyarenko, E.S. (2023). Decision criteria for the classification of meteorological phenomena in the weather radar complex of the near-airfield zone. Civil Aviation High Technologies, vol. 26, no. 2, pp. 49–60. DOI: 10.26467/2079-0619-2023-26-2-49-60 (in Russian)Feist M. A statistical approach to evaluate the parametrisation of turbulence in convection-permitting models using radar-retrieved eddy dissipation rates: A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy. University of Reading, 2018. 253 p.Feist, M. (2018). A statistical approach to evaluate the parametrisation of turbulence in convection-permitting models using radarretrieved eddy dissipation rates: A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy. University of Reading, 253 p.Bouniol D., Illingworth A., Hogan R. Deriving turbulent kinetic energy dissipation rate within clouds using ground based radar // Proceedings of ERAD, 2004. Pp. 281–285.Bouniol, D., Illingworth, A., Hogan, R. (2004). Deriving turbulent kinetic energy dissipation rate within clouds using ground based radar. In: Proceedings of ERAD, pp. 281–285.Kollias P. Radar observations of updrafts, downdrafts, and turbulence in fairweather cumuli / P. Kollias, B.A. Albrecht, R. Lhermitte, A. Savtchenko // Journal of the atmospheric sciences. 2001. Vol. 58, iss. 13. Pp. 1750–1766. DOI: 10.1175/1520-0469(2001)058<1750:ROOUDA>2.0.CO;2Kollias, P., Albrecht, B.A., Lhermitte, R., Savtchenko, A. (2001). Radar observations of updrafts, downdrafts, and turbulence in fair-weather cumuli. Journal of the atmospheric sciences, vol. 58, issue 13, pp. 1750–1766. DOI: 10.1175/1520-0469(2001)058<1750:ROOUDA>2.0.CO;2Meischner P. Eddy dissipation rates in thunderstorms estimated by Doppler radar in relation to aircraft in situ measurements / P. Meischner, R. Baumann, H. Höller, T. Jank // Journal of atmospheric and oceanic technology. 2001. Vol. 18, iss. 10. Pp. 1609–1627. DOI: 10.1175/1520-0426(2001)018<1609:EDRITE>2.0.CO;2Meischner, P., Baumann, R., Höller, H., Jank, T. (2001). Eddy dissipation rates in thunderstorms estimated by Doppler radar in relation to aircraft in situ measurements. Journal of atmospheric and oceanic technology, vol. 18, issue 10, pp. 1609–1627. DOI: 10.1175/1520-0426(2001)018<1609:EDRITE>2.0.CO;2Григораш О.В. Методология экспериментальных исследований // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2017. № 127. С. 849–864. DOI: 10.21515/1990-4665-127-059Grigorash, O.V. (2017). Methodology of experimental researches. Polythematic Online Scientific Journal of Kuban State Agrarian University, no. 127, pp. 849–864. DOI: 10.21515/1990-4665-127-059Пономарев А.Б., Пикулева Э.А. Методология научных исследований: учеб. пособие. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. 186 с.Ponomarev, A.B., Pikuleva, E.A. (2014). Research Methodology: Tutorial. Perm': Izdatelslvo Permskogo natsionalnogo issledovatelskogo politekhnicheskogo unstituta, 186 p. (in Russian)Круглов В.И. Методология научных исследований в авиаи ракетостроении: учеб. пособие / В.И. Круглов, В.И. Ершов, А.С. Чумадин, В.В. Курицына. М.: Логос, 2011. 432 c.Kruglov, V.I., Ershov, V.I., Chumadi, A.S., Kuritsyn, V.V. (2011). Methodology of scientific research in aircraft and rocket science: Tutorial. Moscow: Logos, 432 p. (in Russian)Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. 573 с.Kremer, N.S. (2004). Probability theory and Mathematical statistics. 2nd ed., pererab. i dop. Moscow: UNITY, 573 p. (in Russian)Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика, 1983. 471 c.Ayvazyan, S.A., Enyukov, I.S., Meshalkin, L.D. (1983). Applied statistics: Fundamentals of modeling and primary data processing. Moscow: Finansy i statistika, 471 p. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.