История температурного профилемера MTP-5

Идея использования метода микроволновой радиометрии для измерения профилей температуры атмосферного пограничного слоя была высказана А.В. Троицким и реализована с его участием Е.Н. Кадыгровым и А.Н. Шапошниковым в 1989 г. Первый прибор был сделан на основе доработки СВЧ-комплекса для измерения профилей температуры стратосферы с высотных аэростатов, разработанного в 1986-1989 г.г. в Центральной аэрологической обсерватории (руководитель проекта - Е.Н.Кадыгров) совместно со специалистами Института космических исследований АН СССР ( д.ф.-м. н. И.А. Струков с сотрудниками) [1-3].

Были также проведены расчеты коэффициента поглощения молекулярного кислорода и их сравнение с экспериментальными данными на уникальных лабораторных установках, разработанных совместно с сотрудниками НПО « Эталон» (г.Иркутск) [5,6].

Впервые результаты разработки нового метода и успешных натурных испытаний экспериментального образца профилемера были опубликованы в 1990 г. в Трудах Всесоюзной конференции [4], а затем в 1992 г. в Англии в Трудах Международной конференции [7] и в журнале Известия ВУЗов, Радиофизика [8], а в 1993 г. опубликованы в США с защитой авторских прав в журнале Международного союза инженеров «Геофизика и дистанционное зондирование» [9]. Они также вошли отдельным разделом со взаимными ссылками в докторскую диссертацию А.В.Троицкого (1993 г) и в кандидатскую диссертацию Кадыгрова Е.Н.(1990 г).

Дальнейшее развитие метода и экспериментальной аппаратуры осуществлялось в 1991-2006 г.г. в Центральной аэрологической обсерватории под руководством Е.Н. Кадыгрова в рамках выполнения научно-исследовательских тем. Результаты неоднократно докладывались руководителем работ на Центральной комиссии по приборам и методам наблюдений Росгидромета.

По предложению Е.Н. Кадыгрова новый прибор получил название МТП-5 (Метеорологический Температурный Профилемер на длине волны 5 мм). Центральная аэрологическая обсерватория получила на него Свидетельство Росгидромета о регистрации в ведомственном реестре средств измерений, а прибор был допущен к проведению измерений в области гидрометеорологии.

Работа специалистов Центральной аэрологической обсерватории по разработке нового метода и аппаратуры для дистанционного измерения профилей температуры АПС была отмечена в 2002 г. ведомственной премией Росгидромета за лучшие научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (руководитель темы - Е.Н.Кадыгров).

В 1993 г. были проведены успешные международные сравнения экспериментального образца профилемера в Англии [11], в 1994-1995 г.г. - в Японии [10], в 1996-1997 г.г. - в США [12].

Проводились также сравнения с данными радиозондов аэрологической станции Долгопрудный и высотной метеорологической мачты в г. Обнинск [13]. С 1993 г. одновременно с решением различных научно-методических вопросов измерения профилей температуры АПС компанией ООО «Атмосферные технологии» (АТТЕХ) было организовано и позднее компанией ООО ПВК «АТТЕХ» продолжено мелкосерийное производство профилемеров МТП-5.

При переходе от опытного образца к мелкосерийному проводились различные доработки прибора. В их проведении, которые выполнялись под общим контролем со стороны Е.Н. Кадыгрова и А.В. Троицкого, участвовали: С.А. Вязанкин, Е.А. Миллер, М.Н. Хайкин, М.Г. Сорокин, К.П. Гайкович, В.Д. Громов, Ш.Д. Китай, Н.Н. Ошарина, А.А. Власов (обработка данных, расчёт коэффициента поглощения молекулярного кислорода, алгоритмы и программы восстановления профилей температуры); А.Н. Шапошников, А.А. Халдин, В.В. Некрасов, М.Г. Сорокин (СВЧ радиометр); А.Д. Лыков, В.В.Рудаков (разработка микропроцессорного устройства); А.С Вязанкин (сравнение данных с высотной мачтой и попытки измерения турбулентности и ветра), А.В.Комоцков (монтажные работы), А.К.Князев (финансовое сопровождение), Ю.В.Агапов, А.Ф. Миронов (разработка системы метеозащиты); В.Д.Гринченко, Э.С. Конторер (разработка сканера), Ю.В. Агапов, В.В. Фоломеев, А.Н.Кутаров (тестирование и ввод в эксплуатацию); А.В. Колдаев (выставочная деятельность, взаимодействие с Росгидрометом по поставке приборов); В.М. Игнатов (закупка комплектующих, организация изготовления отдельных частей прибора); А.Ф. Глазкова, Т.В. Губина (разработка конструкторской и эксплуатационной документации).

В 1995-2010 MTP-5 технически модифицировался и продвигался на международном рынке метеорологического оборудования с поддержкой Kipp Zonen. Прибор эволюционирует от научного прибора, к реально необслуживаемому измерительному инструменту. Начиная с 1995 года все МТП-5 за рубеж были проданы через Kipp & Zonen.

Таким образом, создание с виду очень простого прибора, работающего непрерывно в автоматическом режиме, потребовало больших усилий со стороны самых разных специалистов – физиков, математиков, радиоинженеров, радиофизиков, метеорологов, инженеров-конструкторов, инженеров-механиков.

Профилемеры МТП-5 создавались в первую очередь для наблюдательной сети метеослужбы – простые в эксплуатации, всепогодные, компактные. Но они были востребованы и для уникальных научных исследований: академик Г.С. Голицын анализировал их данные в части исследования городского пограничного слоя атмосферы [14]; член-корреспондент РАН Н.Ф. Еланский – в международном эксперименте «TROICA» и для исследования вариаций приземного озона на высокогорной научной станции [15]; д.ф-м.н, профессор Б.М. Копров – для исследования конвекции в АПС [16]; к.г.н. Кузнецова И.Н. – для исследования городского острова тепла [17]; д.ф-м.н. профессор Горчаков – для исследования влияния солнечных затмений на термическую стратификацию АПС [20]; д.ф-м.н., профессор М.А. Каллистратова – для исследования температурно-ветрового режима АПС [19], д.ф-м.н. И.Г. Гранберг – для исследования особенностей термической стратификации АПС в аридных регионах в жаркий период времени [21]. Уникальные совместные измерения с помощью содаров и MTP-5 проводились в г. Томске под руководством к.ф-м.н. С.Л. Одинцова [22]. Профилемеры МТП-5 в период 2001-2012 г.г. успешно использовались при выполнении девяти проектов Российского фонда фундаментальных исследований ( руководители проектов: Г.Н.Шур, М.А.Каллистратова, Е.Н.Кадыгров, И.Г.Гранберг, Г.И.Горчаков, И.В.Репина). В крупном Международном эксперименте МАР (Mesoscale Alpine Program) в Швейцарии проводили измерения с помощью профилемера МТП-5 сотрудники ЦАО Е.Н. Кадыгров, Е.А.Миллер и В.Е.Кадыгров [23] .

С 1993 по 2010 АТТЕХ проводил ряд ребрендинговых компаний. В 2010 году происходит резкое падение продаж МТП-5. Предлагается поддержать компанию через увеличение числа учредителей. После ребрендинга 2010 г. мелкосерийное производство модернизированных профилемеров МТP-5 осуществляется обществом с ограниченной ответственностью «Научно производственная организация «Атмосферные технологии» (ООО «НПО «АТТЕХ»). Комплексная модернизация прибора потребовала испытаний Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии. Сегодня метеорологический температурный профилемер MTP-5 (международная версия названия Meteorological Temperature Profiler) имеет "Сертификат об утверждении типа измерений RU.C.32.002.A No. 45688», "CE международный сертификат безопасности" и "Руководство по обеспечению качества сбора метеорологических данных с использованием пассивных радиометров" (подготовленный агентством по охране окружающей среды США).

В 2010 Kipp & Zonen по причине концентрации собственных ресурсов на рынки других областей перестали представлять MTP-5 через главный офис в Делфте. Это было дружественное разделение и Kipp & Zonen передал все температурные профилемеры, которые были проданы раньше, под обслуживание и сопровождение ресурсами RPO Attex.

http://www.kippzonen.com/News/216/MTP-5-and-LIDAR-Systems-no-longer-globally-represented-by-Kipp-Zonen#.UlbCm9LOZ8E

ООО «НПО «АТТЕХ» сохранила опыт всех основных разработчиков профилемера (Троицкий А.В., Кадыгров Е.Н., Шапошников А.Н., Некрасов В.В., Миллер Е.А., Лыков А.Д., Князев А.К., Комоцков А.В., Агапов Ю.В., Глазкова А.Ф.).

Профилемеры MTP-5 компании ООО «НПО «АТТЕХ» в настоящее время успешно работают и на дрейфующей полярной станции СП-40, и в Белгородском и Пермском государственных университетах, и в Институте мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН, и на атомных станциях, и в зарубежных странах (США, Норвегия, Кувейт, Греция,Италия,Вьетнам,Китай и тд.).

ООО «НПО «АТТЕХ» является членом Международной ассоциации производителей метеооборудования (HMEI) и официальным дилером известной (с 1830 г.) Нидерландской компании KIPP & ZONEN. Это является дополнительной гарантией авторитета нашей компании на мировом рынке.

В 2010-2013 г.г. специалисты компании НПО «АТТЕХ» провели ремонт и обновление аппаратуры и программного обеспечения приборов, произведенных с 2000-го года, и по просьбе компании KIPP & ZONEN приняли на себя сопровождение приборов, раннее поставленных в зарубежные страны.

В компании работают два доктора физ-мат. наук, один доктор технических наук, кандидат физ-мат. наук, высококвалифицированные инженеры в области СВЧ техники миллиметрового диапазона волн и программирования. Научно-методическое сопровождение использования данных наших температурных профилемеров осуществляется специалистами ФГБУ «ЦАО» и ФГБУ «Гидрометцентр РФ» [24-26]. Работы по совершенствованию профилемеров компании ООО «НПО «АТТЕХ» продолжаются.

Ссылки на избранные публикации сотрудников ООО НПО «АТТЕХ» :

1. Кадыгров Е.Н., Власов А.А., Шапошников А.Н., Шифрин Д.М., Троицкий А.В., Анискович В.М., Будилович Н.В., Косов А.С., Струков И.А., Скулачев Д.П.
   Измерение радиотеплового излучения стратосферы в диапазоне 57-61 ГГц с аэростата.// Вопросы радиоэлектроники, сер. ОВР, N 2, 1990 г., с. 28-34
   
   
2. Кадыгров Е.Н., Шапошников А.Н.
   Способ дистанционного измерения температуры стратосферы в микроволновом диапазоне. А.с. N 1626912А1 от 08.1990 г.
   
   
3. Власов А.А., Кадыгров Е.Н.
   Микроволновая термометрия средней атмосферы с аэростата.// Доклады АН СССР, . N 313, т.4, 1990 г., с. 831-834
   
   
4. Гайкович К.П., Кадыгров Е.Н., Троицкий А.В., Шапошников А.Н.
   Термическое зондирование пограничного слоя атмосферы на частоте 60 ГГц. В кн.: Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды.// Тез. докл. Всес. конференции. Ереван, ИРФЭ АН Ар.ССР, 1990, с. 28-29
   
   
5. Власов А.А., Кадыгров Е.Н., Глызин В.В., Куклин Е.А.
   Результаты лабораторных измерений коэффициента поглощения кислорода в полосе 5 мм.// Изв. АН СССР, сер. ФАО, N7, 1990 г., с. 734-738.
   
   
6. Власов А.А., Кадыгров Е.Н., Шапошников А.Н.
   Выбор модели расчета коэффициента поглощения кислорода для определения температурного профиля атмосферы по микроволновым измерениям с ИСЗ.// Исследование Земли из космоса, N 1, 1990 г., с. 36-39
   
   
7. Gromov V.D., Kadygrov E.N., Kosov A.S.
   Remote sensing of atmospheric boundary layer at 5 mm wavelength. // Open symposium "Wave propagation and remote sensing”. Ravenscar, UK, 8-12 June 1992. p. 3.4.1-3.4.5
   
   
8. Гайкович К.П., Кадыгров Е.Н., Косов А.С., Троицкий А.В.
   Термическое зондирование пограничного слоя атмосферы в центре линий поглощения кислорода.// Изв. Вузов, Радиофизика, 1992 г., т. 35, N 2, с. 130-136
   
   
9. Troitsky A.V., Gaykovich K.P., Kadygrov E.N., Kosov A.S., Gromov V.A.
   Thermal sounding of the atmosphere boundary layer in oxygen absorbtion band center.// IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing, 1993, v. 31, N 1 pp. 116-120
   
   
10. Matsui I., Sugimoto N., Maksyutov S., Inoue G., Kadygrov E., Vyazankin S.
    Comparison of Atmospheric Boundary Layer Structure Mesured with a Microwave Temperature Profiler and a Mie Scattering Lidar.// Jpn. Journal Appl. Phys., vol. 35, Port I, No 4A, April 1996., pp. 2168-2169.
    
    
11. Kadygrov E.N., Pick D.R.
    The potential for temperature retrieval from an angular- scanning single-channel microwave radiometer and some comparisons with in situ observations.// Oxford Press, Meteorological Applications, vol.5, issue 4, 1998, pp. 393-404.
    
    
12. Westwater E.R., Han Y., Irisov V.G., Leuvskiy V., Kadygrov E.N., Viazankin A.S.
    Remote sensing of boundary layer temperature profiles by a scanning 5-mm microwave radiometer and RASS: Comparison Experiments.// Journal of Atmospheric, and Oceanic Technology., vol. 16, July 1999, pp. 805-818.
    
    
13. Вязанкин А.С., Кадыгров Е.Н., Мазурин Н.Ф., Троицкий А.В., Шур Г.Н.
    Сравнение данных микроволнового радиометра и высотной метеорологической мачты при измерениях профиля температуры и структуры ее неоднородностей.// Метеорология и гидрология, 2001, N 3, c.34-44.
    
    
14. Кадыгров Е.Н., Кузнецова И.Н., Голицын Г.С.
    Остров тепла в пограничном слое атмосферы над большим городом: новые результаты на основе дистанционных данных.// Доклады Академии Наук, 2002, том 385, № 4, с.541-548.
    
    
15. Кузнецова И.Н., Еланский Н.Ф., Шалыгина И.Ю., Кадыгров Е.Н., Лыков А.Д.
    Инверсии температуры и их влияние на концентрацию приземного озона в окрестностях Кисловодска.// Метеорология и гидрология, 2002, № 9, стр. 40-51.
    
    
16. Koprov B.M., Koprov V.M., Kadygrov E.N., and Makarova T.I.
    On the features of radiative and convective regimes under the cumulus cloudiness. // Izv. RAN, Physics Atmosphere and Ocean, 2004, vol. 40, N 4, 470-484.
    
    
17. Kadygrov E., Khaikine M., Kuznetsova I., Miller E.
    Investigation of urban heat island on the basis of stationary and mobile microwave systems for remote measurements of atmospheric temperature profiles.// Proc. Of SPIE, Optical Technologies for Atmospheric, Ocean and Environmental Studies, vol. 5832, part two, 2005, pp. 503-513.
    
    
18. Kadygrov E.N.
    Operational aspects of different ground-based remote sensing observing techniques for vertical profiling of temperature, wind, humidity and cloud structure: a review. WMO, IOM Report N 89, WMO/TD N 1309, Geneva, Switzerland, 2006, pp. 39
    
    
19. Локощенко М.А., М.А. Каллистратова, Е.Н. Кадыгров, С.Л. Одинцов.
    Акустический локатор и микроволновый радиометр как основа системы наблюдений за нижней тропосферой и ее влиянием на динамику содержания малых примесей. //Тезисы докладов Всероссийской конференции " Развитие системы мониторинга состава атмосферы (РМСА)". Москва, 16-18 октября 2007, с 101.
    
    
20. Горчаков Г.И., Е.Н. Кадыгров, А.А. Исаков, А.В.Карпов, Е.А. Миллер.
    Влияние солнечного затмения на термическую стратификацию и режим турбулентности.// Доклады Академии наук, 2007, том 417, № 1, ноябрь 2007,с.90-93.
    
    
21. Кадыгров Е.Н.
    Микроволновая радиометрия атмосферного пограничного слоя- метод, аппаратура, результаты измерений.// Оптика атмосферы и океана, 2009, т.22, № 7, с.697-704.
    
    
22. Гладких В.А., Макиенко А.Э., Миллер Е.А., Одинцов С.Л.
    Исследование параметров пограничного слоя атмосферы в городских условиях с помощью средств локальной и дистанционной диагностики. Часть 2. Температура воздуха и поток тепла// Оптика атмосферы и океана, 2010,том 23, № 11, с. 978-994.
    
    
23. Rotach,M.W. Kadygrov E.N., Kadygrov V.N., Miller E.A., et al.
    Turbulence structure and exchange processes in an alpine valley: The Riviera Project.// Bulletin of the American Meteorological Society, 2004, vol. 85, N 9, pp. 1367-1385.
    
    
24. Кузнецова И.Н., Нахаев М.И., Кадыгров Е.Н., Миллер Е.Н.
    Методические рекомендации по использованию данных профилемеров МТП-5// Москва, 2010. Утверждено ЦМКП Росгидромета 26 апреля 2010 г.
    
    
25. Кузнецова И.Н., Е.Н. Кадыгров., Е.А. Миллер, М.И. Нахаев.
    Характеристики температуры в нижнем 600-метровом слое по данным дистанционных измерений приборами МТП-5// Оптика атмосферы и океана, 2012, т.25, № 10, с. 877-883.
    
    
26. Кузнецова И.Н., Нахаев М.И., Шалыгина И.Ю., Кадыгров Е.Н., Миллер Е.А., Ляхов А.А.
    Характеристики температуры в нижнем 600-метровом слое атмосферы по данным профилемеров МТП-5.// Справочное пособие. Москва, 2012. Утверждено решением ЦМКП Росгидромета 13 декабря 2012 г.
    
    

---

Информация подготовлена : д.ф-м.н Троицким А.В., д.т.н Кадыгровым Е.Н., к.ф-м.н. Князевым А.К. при участии д.ф-м.н профессора. Горелика А.Г.

Наверх