ENGLISH
87PCCDI/2018
PN-III-P1-1.2-PCCDI-2017-0868

Tehnologii Emergente pentru Contracararea Efectelor Induse de Curgerile Turbulente ale Mediilor Fluide - CONTUR

PROIECTUL COMPONENT 1
Detectia Turbulentelor in Aer Clar Utilizand Tehnologii LIDAR de Inalta Rezolutie Spectrala

ETAPA 4: Finalizarea demonstrarii utilizarii tehnologiei LIDAR de inalta rezolutie spectrala in caracterizarea evenimentelor de CAT si a efectuarii de teste in tunelul aerodinamic pentru contracararea efectelor turbulentei si rafalelor.
Perioada de executie: 01.01.2021 - 30.06.2021.
Activitati
In data de 24 martie 2021 a fost organizata o intalnire de lucru, in regim de teleconferinta, dedicata discutarii stadiului de realizare al activitatilor aferente etapei nr. 4 de implementare a proiectului component 1 - CONTUR. La aceasta teleconferinta au participat Doamna Prof. Univ. Dr. (Emeritus) Sabina Stefan (Universitatea din Bucuresti - P5), Domnul Prof. Univ. Dr. Ing. Marius Stoia (Universitatea Politehnica din Bucuresti - P1), Domnii Dr. Fiz. Livio Belegante si Drd. Razvan Pirloaga (Institutul National de Cercetare - Dezvoltare pentru Optoelectronica INOE 2000 - P2), Domnii Lector Dr. Nicolae Ajtai si Dr. Horatiu Stefanie (Universitatea Babes-Bolyai din Cluj - Napoca - P4) si Domnul Dr. Fiz. Aurelian Andrei Radu (Institutul de Stiinte Spatiale - CO).

Agenda teleconferintei a inclus urmatoarele puncte:

  • cuvant de deschidere si elemente de managementul proiectului CONTUR - (Dl. Aurelian Andrei Radu)

  • prezentarea stadiului actual de realizare al activitatilor tehnico - stiintifice aferente etapei nr. 4 de implementare a proiectului component 1 - CONTUR (Dl. Razvan Pirloaga)

  • propuneri de optimizare a realizarii activitatilor din planul de realizare (contributii din partea tuturor participantilor la teleconferinta).


ETAPA 3: Initierea demonstrarii utilizarii tehnologiei LIDAR de inalta rezolutie spectrala in caracterizarea evenimentelor de CAT si a efectuarii de teste in tunelul aerodinamic pentru contracararea efectelor turbulentei si rafalelor.
Perioada de executie: 01.01.2020 - 31.12.2020.
Activitati
La inceputul lunii august 2020 Domnul Livio Belegante(INOE 2000 - P2) a efectuat o vizita de lucru la Universitatea Babes - Bolyai din Cluj - Napoca - P4. Scopul vizitei a fost pregatirea campaniei de teste, masurari si achizitii de date - CONTUR 3. In timpul acestei vizite, in data de 6 august 2020, a fost organizata o intalnire in sistem teleconferinta la care au participat Domnii Livio Belegante si Horatiu Stefanie (Universitatea Babes-Bolyai din Cluj - Napoca - P4) de la Cluj - Napoca, iar de la Bucuresti, Doamna Prof. Univ. Dr. Sabina Stefan (Universitatea din Bucuresti - P5), Domnul Razvan Pirloaga (INOE 2000 - P2) si Domnul Aurelian Andrei Radu (Institutul de Stiinte Spatiale - CO).

Agenda teleconferintei a inclus urmatoarele puncte:

  • cuvant de deschidere - prezentare agenda (Dl. Livio Belegante)

  • update status sisteme LIDAR statia Bucuresti (Dl. Livio Belegante)

  • update status sisteme LIDAR statia Cluj (Dl. Horatiu Stefanie)

  • prezentare campanie CONTUR 3: plan de campanie pentru cele doua locatii - Bucuresti si Cluj, echipamente folosite, analiza datelor (Dl. Livio Belegante)

  • LIDAR-ul de vant si sistemul SODAR - noi echipamente in proiectul CONTUR (Dl. Razvan Pirloaga)

  • evaluarea stadiului de realizare a activitatilor aferente etapei nr. 3 de implementare a proiectului CONTUR in conformitate cu "Planul de realizare - Anexa II.b la contractul de finantare nr. 87PCCDI / 2018" (Dl. Aurelian Andrei Radu).

  • La acest punct a fost subliniata importanta diseminarii rezultatelor obtinute si a fost prezentat workshop-ul CONTUR ce va avea loc in cadrul conferintei internationale AEROSPATIAL 2020.


ETAPA 2: Determinarea conditiilor de aparitie si a criteriilor de identificare a evenimentelor de CAT si sistemul fizic CONTUR: realizare, integrare si implementare strategii anti-turbulenta pentru teste in tunelul aerodinamic.
Perioada de executie: 01.01.2019 - 31.12.2019.
Activitati
In data de 20.09.2019 a avut loc la sediul ISS o intalnire de lucru dedicata proiectului component P1-CONTUR. Agenda intalnirii a inclus urmatoarele puncte:
1. informare cu privire la campaniile de testare a sistemelor LIDAR ale INOE pentru detectia fenomenului de turbulenta la diferite paliere de altitudine;
2. informare cu privire sustinerea unei prezentari orale (Dr. Fiz. Aurelian Andrei Radu) si a unei prezentari de tip poster (Prof. Dr. Sabina Stefan) la Conferinta Intermationala European Meteorological Society - EMS 2019 ce a avut loc la Copenhaga, Danemarca in perioada 7-11 septembrie 2019;
3. gradul de realizare al activitatilor aferente etapei 2 (decembrie 2019) de implementare a proiectului component P1, al proiectului complex CONTUR;
4. evaluarea procesului de elaborare a livrabilelor planificate;
5. optimizarea utilizarii resursei umane pe fiecare activitate in parte.

fig19

In perioada 9 - 13 Septembrie 2019, Prof. Univ. Dr. Sabina Stefan si Dr. Fiz. Aurelian Andrei Radu au participat la EMS Annual Meeting: European Conference for Applied Meteorology and Climatology 2019 ce a avut loc la The Technical University of Denmark (DTU) in Lyngby, Danemarca.

Dr. Fiz. Aurelian Andrei Radu a sustinut prezentarea orala cu titlul "Study of Clear Air Turbulence in Romanian Airspace", iar Prof. Univ. Dr. Sabina Stefan a sustinut prezentarea de tip poster cu titlul "Study of Clear Air Turbulence Related to Tropopause Folding over Romanian Airspace".

fig20
fig21

Campania de testare a performantelor de detectie CAT utilizand tehnologii LIDAR (Contur 2) a vizat o perioada intensa de masuratori in perioada 10-14 Iunie 2019. Cunoscand faptul ca prognozarea evenimentelor CAT este dificila, iar incertitudinile asociate cu aceste prognoze sunt mari, aceasta campanie a vizat detectia unor evenimente turbulente ce pot fi identificate folosind metode de detectie directe: lidar. Din acest motiv campania a fost axata pe detectia fenomenelor turbulente provenite din mai multe surse: trecerea avioanelor de linie de mari dimensiuni - turbulente de siaj, evenimente turbulente in aer liber la altitudini mari - CAT - evidentiate prin consultarea modelelor de predictie specifice (Anexa 3), evenimente turbulente in Stratul Limita Planetar datorate schimbului de energie termica intre sol si atmosfera. Campania Contur 2 a vizat cu preponderenta ultimul tip de evenimente datorita altitudinii joase la care se produc aceste evenimente: 1-4 km.

Deorece masurarea depolarizarii moleculare pentru detectia fenomenelor turbulente necesita o stabilitate crescuta a alinierii optice si o calibrare prealabila a instrumentelor, campania a implicat o etapa pregatitoare in vederea testarii si pregatirii instrumentelor. Aceasta etapa a inclus optimizarea semnalului astfel incat raportul semnal zgomot sa fie imbunatatit pentru semnalele colectate la timpi de integrare redusi. O a doua etapa pentru pregatirea instrumentului a implicat calibrarea canalelor lidar cu depolarizare. Sistemul lidar folosit in perioada campaniei prezinta module de calibrare a canalelor de depolarizare capabile sa elimine erorile sistematice date de instrumentele de masura. (Belegante et al., 2018).

Testarea performantelor sistemelor lidar a fost realizata prin analiza profilelor masurate pentru perioadele de integrare scazuta (30-10 secunde) - 2019.06.13. Figurile de mai jos prezinta profile ale depolarizarii volumice pentru cele doua sisteme lidar Raman multicanal ce masoara in VIS (532nm).
In cazul acestei analize, eroarea statistica asociata profilelor a fost considerata principalul indicator pentru determinarea calitatii semnalului. Tinand cont de faptul ca depolarizarea moleculara in cazul profilelor masurate in VIS este de ordinul 0.005, un semnal lidar poate fi considerat util pentru erori statistice asociate mai bune sau cel putin comparabile cu aceasta valoare. Pentru optimizarea semnalului au fost folosite profile obtinute la intervale de 10, 20 si 30 secunde - masuratori de zi si masuratori de noapte.

fig14
fig15
fig16ro

Din analiza semnalelor lidar se poate observa ca timpul de integrare are un efect oarecum limitat. Acest tipar poate fi explicat prin faptul ca diferenta intre cele trei configuratii (30, 20, 10 s) este relativ mica, iar zgomotul asociat semnalului are o dependenta patratica. Comparatia intre masuratorile de zi si masuratorile de noapte pune in evidenta o imbunatatire notabila. Altitudinea maxima la care se pot efectua studiile de turbulenta pe timp de noapte ajungand la 3-4km. Aceasta diferenta este cauzata de zgomotul de fond redus in cazul masuratorilor efectuate pe timp de noapte.
Exemple:

fig17

Seria temporala indica o atmosfera turbulenta, in special in altitudinile joase ale stratului limita planetar (pana la 2000m). Stratul de aerosoli vizibil la 1500-1700m indica prezenta unor gradienti verticali ce ating viteze de 2m/sec. Profilul de depolarizare prezinta o scadere de 0.003 pentru acea altitudine.

fig18

Seria temporala si profilul de depolarizare indica un tipar similar cu tiparul regasit in cazul precedent. Stratul de aerosoli vizibil la 1750m indica prezenta unor gradienti verticali ce ating viteze de 3m/sec. Profilul de depolarizare indica o scadere de 0.003 pentru acele altitudini - zona in care concentratia de aerosol ramane relativ constanta (1650-1800m).


ETAPA 1: Studii preliminare privind evenimentele de clear air turbulence (CAT) si sistemul fizic CONTUR - elementele sistemului: concepte de baza, modelare matematica, optimizare, simulare numerica, proiectare.
Perioada de executie: 31.03.2018 - 31.12.2018.
Activitati
Joi 03 Mai 2018 a avut loc la sediul Institutului National de Cercetare - Dezvoltare pentru Optoelectronica INOE 2000 (institutia coordonatoare a proiectului component P1) o intalnire de tip kick-off meeting in cadrul careia s-au discutat aspecte vizand implementarea optima a acestui proiect component. Cu aceasta ocazie s-a elaborat un plan de actiuni pentru urmatoarele luni cu referire la: identificarea unor cazuri de plierea tropopauzei din date obtinute cu lidarul de ozon, analiza situatiilor sinoptice pentru cazurile anterioare, identificarea sezonului si a locatiei optime pentru colectarea de date la sol cu sistemul LIDAR, organizarea campaniei de masuratori cu sistemul LIDAR si diseminarea rezultatelor in cadrul unor manifestari stiintifice. In imaginile de mai jos au fost surprinse cateva instantanee din timpul acestei prime intalniri.
fig5
fig6
fig7
Vizita de Lucru la Universitatea Babes-Bolyai
In perioada 14.10.2018 - 17.10.2018, s-a desfasurat o vizita de lucru la Universitatea Babes - Bolyai din Cluj - Napoca. In cadrul acestei deplasari au fost realizate urmatoarele activitati:
1. Vizitarea si instruirea privind utilizarea sistemelor LIDAR si a fotometrelor solare aflate in dotarea Universitatii Babes-Bolyai;
2. Prezentarea generala a Proiectului CONTUR;
3. Discutarea rezultatelor preliminare a campaniei de achizitie de date CONTUR1, Magurele - Cluj - Napoca;
4. Discutarea lucrarilor ce vor fi prezentate la conferinta internationala "Aerospatial 2018";
5. Pregatirea campaniei de achizitie de date CONTUR2;
6. Planificarea raportarii aferente etapei 1 din cadrul proiectului CONTUR;
7. Elemente legate de managementul proiectului CONTUR;
8. Planificari specifice etapelor urmatoare.
fig11
fig12
fig13

RAPORTARI

Copyright © 2018 INSTITUTUL DE STIINTE SPATIALE - filiala INFLPR. All Rights Reserved.
CONTACT: aurelian.radu@spacescience.ro