Новая книга «Рефракция в турбулентной атмосфере», автор В.Е.Дементьев

В 2011 г. вышла книга В.Е. Дементьева « Рефракция в турбулентной атмосфере» под редакцией члена–корреспондента РАН Савиных В.П., рецензент- доктор технических наук профессор Голубев А.Н.

При работе над книгой автор проанализировал большое количество отечественной и зарубежной литературы (более 300), в которой отражены практически все известные подходы к учету рефракции при геодезических измерениях. Следует отметить, что для достижения точность определения вертикальной рефракции с погрешностью 1” на 1 км необходимо определять вертикальный градиент температуры для всей трассы с ошибкой не более 0,01 ⁰ С/м. Реально такая точность измерения градиента температуры в настоящее время не достижима, а, следовательно, измерение градиентов температуры на трассе с целью определения рефракции теряет смысл. В книге обращается внимание на то, что практически во всех руководствах к геодезическим приборам, используемым для измерения вертикальных углов, предлагается вводить в результаты измерений поправку за рефракцию с учетом так называемого « стандартного коэффициента» рефракции k = + 0, 14.

Такая методика введения поправок за рефракцию во многих случаях ухудшает результаты измерений, так как в приземном слое атмосферы при наземных наблюдениях (при высотах визирного луча до нескольких метров), коэффициент рефракции, может иметь значения от + 6 до –6 [1]. Соответствующая этому коэффициенту рефракция может вносить значительные искажения не только в результаты угловых, но и в результаты линейных измерений.

Как считают многие авторы методы определения рефракции , основанные на градиентных измерениях температуры или на использовании какой-либо модели атмосферы практически не позволяют улучшить результаты измерений.

Практически все исследователи отмечают случайный характер рефракции. Поэтому даже самые точные измерения, выполненные на трассе с интервалом в несколько минут, не смогут восстановить с достаточной точностью весь случайный процесс , характеризующий изменение угла рефракции во времени ( теорема Котельникова).

Для решения этой задачи автор предлагает новую теорию динамической рефракции электромагнитных волн в атмосфере, отличающаяся от классической - статической теории, в основу которой положены формулы Ньютона. В основу книги положены разработки самого автора, относящиеся к определению вертикальной рефракции и запаздыванию сигнала на трассе.

Для обоснования динамических методов определения рефракции используется ранее не известная связь между такими физическими явлениями как рефракция и случайные искажения, возникающие в световой волне, прошедшей слой турбулентной атмосферы.

Методы определения вертикальной рефракции на основе измерения статистических характеристик электромагнитной автор называет динамическими методами определения рефракции, так как они учитывают динамику атмосферы. Используемые ранее классические методы определения рефракции, практически не учитывали динамику атмосферы и поэтому в рецензируемой книге они названы статическими.

Для описания оптических свойств атмосферы, как передающей среды, используется математический аппарат теории случайных процессов. Так как траектория светового луча в атмосфере полностью обусловлена условиями прохождения света в среде со случайными неоднородностями, то рефракцию предлагается определять, используя соответствующие закономерности, которые в настоящее время разработаны для описания метеорологических полей в турбулентной атмосфере. Предложенные методы позволяют обрабатывать большие массивы данных и дают возможность получать значения рефракции в реальном масштабе времени. Особое внимание уделяется автоматическим методам измерений , так как визуальные методы вследствие инерционности зрения обеспечивают не высокую точность и поэтому их практическое применение вряд ли возможно, что доказывается в книге на основе анализа спектров, принимаемых сигналов.

Отметим, что динамическая составляющая угла рефракции при использовании статических методов не только никогда не учитывалась, но даже не упоминалась, хотя в реальных условиях она может по своей абсолютной величине превосходить зачастую статическую составляющую в десятки (если не в сотню раз) и изменяется случайным образом с высокой скоростью.

Кроме того, в данной монографии также впервые затрагиваются вопросы, связанные с:

 - повышением точности астрономических наблюдений на основе измерения дрожания изображений звезд и их мерцания;

- определением боковой рефракции динамическими методами;

- повышением точности светодальномерных измерений ;

- возможностью определения поправок за тропосферу в результаты спутниковых измерений.

В последней -6-ой главе книги оцениваются условия, при которых происходит потеря видимости и наблюдается возникновение миражей. Дано теоретическое обоснование условий возникновения сверхдальней видимости и сверхрефракции.

Значительный практический интерес может представлять также разработанный автором метод расчета динамических погрешностей измерений [2], которые при измерениях движущихся целей по сложным траекториям могут превосходить ошибки точечных измерений во много раз. Разработанный метод позволил автору оценить ошибки результатов измерений рефракции, выполненных в динамически неустойчивой атмосфере различными способами.

Книга может служить хорошим справочным пособием как для специалистов, так и для студентов и аспирантов.

В целом монография В.Е. Дементьева представляется фундаментальной научной работой, является нужной и полезной для геодезистов книгой.

Литература:

1. Островский А.Л. Достижения и задачи рефрактометрии. //Геопрофи. №1. 2008. С.6-15.

2. Дементьев В.Е. Оценка ошибок, вызываемых дискретностью измерений. //Геодезия, картография и аэрофотосъёмка. № 46. 1987. с 23-28.

А.Г. Парамонов