Разработке радиолокационных методов измерения характеристик жидких осадков уделяется значительное внимание в связи с исследованиями физических процессов в атмосфере, а также при решении прикладных задач. При этом внимание уделяется двухчастотному зондированию, однако большинство опубликованных работ связано с анализом капель сферической формы, в то время как форма реальных капель существенно отличается от сферической, особенно для крупных частиц. Это существенно влияет на характеристики отраженных сигналов, в связи с чем значительный интерес представляет решение задачи о рассеянии поля на диэлектрических частицах эллипсоидальной формы. Проанализированы особенности двухчастотного зондирования капель воды эллипсоидальной формы путем численного моделирования. Рассмотрение проведено в рамках модели Пруппахера с использованием метода дипольных моментов при расчете отражаемости капель воды. Показано, что дифференциальная отражаемость эллипсоидальных капель и капель сферической формы с одинаковым среднекубическим диаметром практически не отличаются. Проведено сравнение с опубликованными данными и показано, что результаты совпадают с графической точностью для частиц воды, среднекубический диаметр которых не превышает 3 мм. Сделан вывод о слабом влиянии формы капель на результаты двухчастотного зондирования.

Приведены сравнительные зависимости результатов численного моделирования эффективной площади рассеяния (ЭПР) капель осадков с помощью приближенного метода дипольного рассеяния и строгого метода моментов. Определены рамки применимости дипольного рассеяния с учетом точности вычисления ЭПР капель несферической формы.

Радиолокационным методам измерения характеристик жидких осадков уделяется значительное внимание в связи с исследованиями физических процессов в атмосфере, а также при решении прикладных задач. Однако существующие методы расчетов характеристик отражения основаны на предположении о сферической форме частиц осадков, в то время как форма реальных капель дождя в большинстве случаев имеет несферическую форму. Поэтому рассмотрены результаты исследования обратного рассеяния от эллипсоидальных капель и капель Пруппахера - Питтера, которые наиболее широко используются при описании несферических частиц. При этом в качестве метода расчета используется приближение дипольного рассеяния, а также строгий метод моментов. Сравнительные вычисления проведены для горизонтальной и вертикальной поляризаций падающего поля в диапазонах длин волн <$E lambda~=~0,8>; 3,2; 5,5 и 10 см, которые позволили получить значения погрешности вычисления эффективной площади рассеяния капель при использовании приближенных методов. Предложена полиномиальная аппроксимация результатов строгих вычислений и найдены коэффициенты разложения, что позволяет использовать полученные данные при расчете характеристик рассеяния в случае полидисперсной среды.

Зазначено, що сніг є найпоширенішим видом твердих опадів, тому значний інтерес викликає розробка методів дистанційного дослідження характеристик снігу шляхом розв’язання обернених задач на основі детального вивчення властивостей подібних явищ. Загалом проблема обчислення характеристик відбиття частинок опадів несферичної форми має давню історію, однак найбільшою завершеністю відрізняються дослідження зворотного радіолокаційного розсіяння часток тільки рідких опадів. Наведено огляд фізико-механічних і електрофізичних властивостей снігу, проаналізовано особливості фізичного та числового моделювання характеристик радіолокаційного розсіяння частинок опадів. Показано доцільність вивчення характеристик радіолокаційного розсіяння частинок опадів і проаналізовано переваги та недоліки відомих сучасних методів розрахунку радіолокаційних характеристик розсіяння діелектричних об’єктів. Дистанційне вимірювання інтегральних характеристик снігопадів на великих площах дозволяє визначати запаси води для потреб сільського господарства, а також складати гідрологічні прогнози для забезпечення сніголавинної безпеки в гірських районах.

Snow is the most common type of solid precipitation, therefore the development of remote sensing methods for studying the characteristics of snow by solving the inverse problems based on a detailed study of properties of such phenomena is of a considerable interest. In general, the calculating problem of reflection characteristics for nonspherical particles of precipitation has a long history, but researches of inverse radar scattering of liquid precipitation are characterized by the most completeness. The review of mechanical and electrical properties of snow was performed and the characteristics of physical and numerical modeling of the radar scattering characteristics for precipitation particles are analyzed. The paper shows the feasibility of studying the radar scattering characteristics of precipitation particles and it the advantages and disadvantages of the modern calculation methods of radar scattering characteristics for dielectric objects were analyzed. Remote measurement of integral characteristics of snowfalls over large areas allows determining the reservation of water for agriculture, as well as components of the hydrological forecasts and providing avalanche safety in mountainous areas.

С использованием численного моделирования проанализирована зависимость эффективной поверхности рассеяния дождевых капель от их диаметра для различных значений используемых длин волн. Показано, что в коротковолновом участке СВЧ-диапазона (λ < 3,2 см) она имеет немонотонный характер, обусловленный резонансным рассеянием электромагнитных волн на каплях дождя. Использование комбинаций рабочих длин волн λ{\dn\fs8 1} = 3,2 см, λ{\dn\fs8 2} = 10 см, а также λ{\dn\fs8 1} = 5,5 см, λ{\dn\fs8 2} = 10 см не позволяет применить двухчастотный метод дистанционного зондирования для восстановления микроструктурных параметров осадков, так как зависимость дифференциальной эффективной поверхности рассеяния от размеров частиц практически отсутствует. Получена система неравенств, позволяющая решить проблему неоднозначности при восстановлении интенсивности дождя по данным двухчастотного зондирования при использовании меньшей длины волны λ{\dn\fs8 1} = 8 мм. Показано, что использование длинноволнового участка СВЧ-диапазона приводит к уменьшению значения радиолокационной отражаемости мелкокапельной части осадков, требует существенного повышения энергетического потенциала метеорологической радиолокационной станции и ужесточает требования к точности проведения измерений.

З використанням числового моделювання проаналізовано залежність ефективної площі розсіювання дощових крапель від їх діаметра для різних значень використовуваних довжин хвиль. Показано, що в короткохвильовій частині діапазону НВЧ (λ < 3,2 см) вона має немонотонний характер, зумовлений резонансним розсіюванням електромагнітних хвиль на краплях дощу. Використання комбінацій робочих довжин хвиль λ{\dn\fs8 1} = 3,2 см, λ{\dn\fs8 2} = 10см, а також λ{\dn\fs8 1} = 5,5 см, λ{\dn\fs8 2} = 10 см не дозволяє застосувати двочастотний метод дистанційного зондування для відновлення мікроструктурних параметрів опадів, тому що залежність диференційної ефективної площі розсіювання від розмірів частинок практично відсутня. Одержано систему нерівностей, яка дозволяє вирішити проблему неоднозначності у процесі відновлення інтенсивності дощу за даними двочастотного зондування під час використання меншої довжини хвилі λ{\dn\fs8 1} = 8 мм. Показано, що використання довгохвильової смуги НВЧ-діапазону призводить до зменшення значення радіолокаційної відбиваності дрібнокрапельної частини опадів, а також потребує суттєвого підвищення енергетичного потенціалу метеорологічної радіолокаційної станції та робить більш жорсткими вимоги до точності проведення вимірювань.

We analyzed the radar cross section dependence of raindrops on their diameter for different wavelengths by using numerical simulation. It is shown that in the short microwave range ( < 3.2 cm), the dependence has nonmonotonic character due to resonant scattering of electromagnetic waves by raindrops. Using combination of operating wavelengths 1 = 3.2 cm, 2 = 10 cm, and 1 = 5.5 cm, 2 = 10 cm does not allow to use a double-frequency method of remote sensing for recovery of microstructural parameters of precipitation, because the dependence of the differential radar cross section on size of particle is practically absent. We obtained the system of inequalities, which allows to solve the problem of ambiguity when recovering rain intensityaccording to the double-frequency sensing by using shorter wavelength 1 = 8 mm. It is shown that the use of the long-wavelength range of microwave band leads to decrease of the radar reflectivity value for small raindrops and it requires a significantincreasing of energy potential of weather radar and tightens the requirements for the accuracy of the measurement.

Радиолокационные методы исследования облаков и осадков являются одними из наиболее эффективных методов дистанционного зондирования атмосферы. Преимущества радиолокационных методов в том, что они позволяют оперативно измерять характеристики осадков на больших площадях. В условиях турбулентной среды частицы могут находиться под различными углами по отношению к падающему полю, поэтому в работе сделана попытка исследования индикатрисы рассеяния снежных кристаллов (зависимости эффективной площади рассеяния (ЭПР) от угла падения электромагнитной волны), что позволило оценить пределы изменчивости ЭПР частиц снега при вариациях угла возвышения антенны радара. Для численного моделирования рассеивающих свойств снежных частиц использовались частицы 2-х типов под различными углами наблюдения, при этом рассматриваются 2 азимутальных угла падения электромагнитного поля в широком частотном диапазоне.