Laser Meter for Integral and Microstructural Characteristics of Atmospheric Precipitation OPTIOS

Authors

  • Дмитрий Филатов ИМКЭС СО РАН
  • Vladimir Viktorovich Kalchikhin IMCES SB RAS
  • Alexey Anatolevich Kobzev
  • Alexander Alexeyevich Tikhomirov

Keywords:

laser meter, obtaining and analyzing of shadow images, atmospheric precipitation, integral and microstructural characteristics

Abstract

A description of the measuring scheme features, the results of laboratory and field tests of the prototype of atmospheric precipitation laser meter OPTIOS based on the method of obtaining and analyzing of shadow images of falling precipitation particles are presented. Schematic and software solutions are presented that ensure the autonomy of the device and reduce the error in measuring precipitation parameters. The efficiency of using OPTIOS for measuring the integral and microstructural characteristics of rain, snow and hail is shown on the example of analyzing the results of comparative field tests with a standard O-1 rain gauge and a tipping-bucket rain gauge Davis Rain Collector. Size range of measured precipitation particles - from 0.5 to 10 mm, sensitivity to the amount of precipitation - not worse than 0.0001 mm, range of measured rain intensity - from 0 to 2000 mm / h, particle fall velocity range of - from 0.2 to 20 m/s.

References

Безрукова Н.А., Чернокульский А.В. Российские исследования облаков и осадков в 2011-2014 гг. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52. № 5. С. 577–589. doi: 10.7868/S0002351516050023.

Воеводина Л.А. Структура почвы и факторы, изменяющие ее при орошении // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. 2016. № 1 (21). С. 134–154.

Киселев В.Н., Кузенов А.Д. Методы зондирования окружающей среды (атмосферы). СПб.: Изд-во РГГМУ, 2004. 429 с.

Pustovalov K.N., Kobzev A.A., Nagorskiy P.M. Study of atmospheric urface layer electrical processes in case of varying intensity rain // Proc. SPIE. 2015 V. 9680. Р. 96806L-1. doi: 10.1117/12.2205719.

Michaelides S.C. Precipitation: Advances in Measurement, Estimation and Prediction. Springer-Verlag: Berlin Heidelberg. 2008. 552 p.

Кальчихин В.В., Кобзев А.А., Корольков В.А., Тихомиров А.А. Приборное обеспечение измерения параметров атмосферных осадков. Современное состояние // Изв. вузов. Физика. 2009. № 12. С. 92 (деп. в ВИНИТИ 16.12.09, № 802-В2009).

Солдаткин Н.П. Оптические приборы и методы контроля микрофизических параметров атмосферных осадков // Региональный мониторинг атмосферы. Ч. 2. Новые приборы и методики измерений. Томск: ИОА СО РАН. 1997. С. 217–232.

Barthazy E., Goke S., Schefold R., Hogl D. An Optical Array Instrument for Shape and Fall Velocity Measurements of Hydrometeors // J. Atmos. Oceanic Technol. 2004. V. 21. P. 1400–1416.

Schönhuber M., Lammer G., Randeu W.L. Ch. 1. The 2D-Video-Disdrometer // Precipitation: Advances in Measurement, Estimation and Prediction / Ed. by Silas Michaelides. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2008, р. 3–32.

Knollenberg R. G. The optical array and alternative to scattering or extinction for airborne particle size determination // J. Appl. Meteor. 1970. V. 9. No. 2. P. 86–103.

Литвинов И.В. Структура атмосферных осадков. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 154 с.

Кальчихин В.В., Кобзев А.А., Корольков В.А., Тихомиров А.А. Оптико-электронный двухканальный измеритель осадков // Оптика атмосферы и океана. 2011. Т. 24. № 11. С. 990–996.

Кальчихин В.В., Кобзев А.А., Корольков В.А., Тихомиров А.А. К выбору размеров измеритель¬ной площади двухканального оптического осадкомера // Оптика атмосферы и океана. 2013. Т. 26. № 2. С. 155–159.

АзбукинА.А., Кальчихин В.В., Кобзев А.А., Корольков В.А., Тихомиров А.А. Оптико-электронный блок измерения параметров осадков // ПТЭ. 2013. № 4. С. 140–141. doi: 10.7868/S0032816213040186.

Кальчихин В.В. Кобзев А.А., Тельминов А.Е. Решение проблемы ветрового недоучета с помощью оптического осадкомера // Высокие технологии в современной науке и технике: сб. научн. тр. II Всерос. науч.-техн. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием. (г. Томск, 27-29 марта 2013 г.). Томск, ТПУ. 2013. Т. 1. С. 328–332.

Кальчихин В.В., Кобзев А.А., Краснолобов И.М., Тихомиров А.А. Система устранения внешних естественных помех в измерительном канале оптического осадкомера // Доклады ТУСУР. 2016. Т. 19. № 2. С. 45–47. doi: 10.21293/1818-0442-2016-19-2-35-37.

Azbukin A.A., Kalchikhin V.V., Kobzev A.A., Korolkov V.A., Tikhomirov A.A. Determination of Calibration Parameters of an Optoelectronic Precipitation Gage // Atmospheric and Oceanic Optics. 2014. V. 27. No. 5. P. 432–437. doi: 10.1134/S1024856014050066.

Пат. 2617033 РФ. МПК G 01 W 1/14. Способ калибровки оптического измерителя осадков / А.А. Азбукин, В.В. Кальчихин, А.А. Кобзев, В.А. Корольков, А.А. Тихомиров; заявитель и патентообладатель ИМКЭС СО РАН и ООО «Сибаналитприбор». Заявл. 09.03.2016; опубл. 19.04.2017. Бюл. № 11.

Kalchikhin V.V., Kobzev A.A., Korolkov V.A., Tikhomirov A.A. Measurement of snow characteristics using optical precipitation gauge // Proc. SPIE. 2016. V. 10035. P. 100352W-1. doi: 10.1117/12.2243139.

Kalchikhin V.V., Kobzev A.A., Korolkov V.A., Tikhomirov A.A. Specifics of the hail parameter measurements using the optical precipitation gauge // Proc. SPIE. 2015. V. 9680. P. 968038-1; doi 10.1117/12.2205285.

Kal’chikhin V.V., Kobzev A.A., Korol’kov V.A., Tikhomirov A.A. Determination of the Rate of Fall of Rain Drops in Measurements of Their Parameters by an Optical Rain Gauge // Measurement Techniques. 2017. V. 59. No. 11. P. 1175–1180. doi: 10.1007/s11018-017-1111-9.

Korolkov V.A., Bogushevich A.Ya., Kalchikhin V.V., Kobzev A.A., Kurakov S.A., Pustovalov K.N., Telminov A.E., Tikhomirov А.А., Petrov D.V.. Experimental prototype of automatic weather station ArcticMeteo // Proc. of SPIE. 2020. V. 11560. P. 1156058. doi: 10.1117/12.2575822.

Korolkov V.A., Kobzev A.A., Tikhomirov A.A., Telminov A.E., Pustovalov K.N., Bogushevich A.Ya., Kalchikhin V.V. and Kurakov S.A. Automatic weather station ArcticMeteo – the first field test results // ENVIROMIS2020 IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2020. V. 611 P. 012053. doi: 10.1088/1755-1315/611/1/012053.

Published

2021-03-02 — Updated on 2021-03-02

How to Cite

Филатов, Д., Кальчихин, В., Кобзев, А., & Тихомиров, А. (2021). Laser Meter for Integral and Microstructural Characteristics of Atmospheric Precipitation OPTIOS. Lasers. Measurements. Information, 1(1), 23-32. Retrieved from https://lasers-measurement-information.ru/ojs/index.php/laser/article/view/2

Issue

Section

Laser and optical measurements