Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Современные радиозонды, показывающие прогресс миниатюризации
GPS - зонд, приблизительно 220 × 80 × 75 мм (8,7 × 3,1 × 3 дюйма) (с заземлением станции в фоновом режиме, используется для выполнения проверки «заземлений» , а также ремонтировать датчик влажности)

Радиозонда является батарейным питанием телеметрического прибора осуществляется в атмосферу , как правило , с помощью метеорологического зонда , который измеряет различные параметры атмосферы и передают их по радио на первый приемник. Современные радиозондов измерить или рассчитать следующие переменные: высоты , давления , температуры , относительной влажности , ветра (как скорость ветра и направление ветра ), космических лучей показания на большой высоте и географическое положение ( широта / долгота). Радиозонды, измеряющие концентрацию озона , известны как озонозонды. [1]

Радиозонды могут работать на радиочастоте 403 МГц или 1680 МГц. Радиозонд, положение которого отслеживается по мере его подъема для получения информации о скорости и направлении ветра, называется радиозондом («радарный зонд ветра»). [2] [3] Большинство радиозондов имеют радиолокационные отражатели и технически являются необработанными зондами. Радиозонд, который падает с самолета и падает, а не переносится на воздушном шаре, называется сбрасываемым зондом . Радиозонды являются важным источником метеорологических данных, и ежедневно по всему миру запускаются сотни радиозондов .

История [ править ]

Воздушные змеи использовали метеограф
Метеограф, используемый Бюро погоды США в 1898 году.
Сотрудники Бюро стандартов США запускают радиозонд недалеко от Вашингтона, округ Колумбия, в 1936 году.
Американские моряки запускают радиозонд во время Второй мировой войны

Первые полеты аэрологических приборов были совершены во второй половине XIX века с помощью воздушных змеев и метеографов - записывающего устройства, измеряющего давление и температуру, которое было восстановлено после эксперимента. Это оказалось трудным, потому что воздушные змеи были привязаны к земле и им было очень трудно маневрировать в порывистых условиях. Кроме того, зондирование ограничивалось небольшими высотами из-за связи с землей.

Гюстав Эрмит и Жорж Безансон из Франции в 1892 году первыми использовали воздушный шар для управления метеографом. В 1898 году Леон Тейссеренк де Борт организовал в Observatoire de Météorologie Dynamique de Trappes первое регулярное ежедневное использование этих воздушных шаров. Данные этих запусков показали, что температура снижалась с высотой до определенной высоты, которая менялась в зависимости от сезона, а затем стабилизировалась выше этой высоты. Об открытии Де Бортом тропопаузы и стратосферы было объявлено в 1902 году Французской академией наук. [4] Другие исследователи, такие как Ричард Асманн и Уильям Генри Дайнс., работали в одно и то же время с похожими инструментами.

В 1924 году полковник Уильям Блэр из Корпуса связи США провел первые примитивные эксперименты с метеорологическими измерениями с воздушного шара, используя температурную зависимость радиосхем. Первый настоящий радиозонд, который отправлял точную закодированную телеметрию с датчиков погоды, был изобретен во Франции Робертом Бюро  [ фр ] . Бюро придумало название «радиозонд» и запустил первый прибор 7 января 1929 года. [4] [5] Независимо разработанный год спустя, Павел Молчанов управлял радиозондом 30 января 1930 года. Конструкция Молчанова стала популярной из-за своей простота и потому, что он преобразовал показания датчика в азбуку Морзе, что делает его простым в использовании без специального оборудования или обучения. [6]

Работая с модифицированным зондом Молчанова, Сергей Вернов первым применил радиозонды для измерения космических лучей на большой высоте. 1 апреля 1935 года он провел измерения на расстоянии до 13,6 км (8,5 миль), используя пару счетчиков Гейгера в цепи предотвращения совпадений, чтобы избежать подсчета вторичных ливней. [6] [7] Это стало важным методом в полевых условиях, и Вернов управлял своими радиозондами на суше и на море в течение следующих нескольких лет, измеряя зависимость радиации от широты, вызванную магнитным полем Земли .

В 1936 году ВМС США поручили Бюро стандартов США разработать официальный радиозонд для использования военно-морским флотом. [8] NBS передало проект Гарри Даймонду , который ранее работал в области радионавигации и изобрел систему слепой посадки для самолетов. [9] Организация, возглавляемая Даймондом, со временем (в 1992 г.) стала частью Исследовательской лаборатории армии США.. В 1937 году Даймонд вместе со своими соратниками Фрэнсисом Данмором и Уилбуром Хинманном-младшим создали радиозонд, в котором использовалась модуляция поднесущей звуковой частоты с помощью релаксационного генератора сопротивления. Кроме того, этот радиозонд NBS был способен измерять температуру и влажность на больших высотах, чем обычные радиозонды того времени, благодаря использованию электрических датчиков. [8] [10]

В 1938 году Даймонд разработал первый наземный приемник для радиозонда, что привело к первому служебному использованию радиозондов NBS на флоте. Затем, в 1939 году, Даймонд и его коллеги разработали наземный радиозонд под названием «удаленная метеостанция», который позволил им автоматически собирать данные о погоде в удаленных и негостеприимных местах. [11] К 1940 году система радиозонда NBS включала датчик давления, который измерял температуру и влажность как функции давления. [8] Он также собрал данные о толщине облаков и интенсивности света в атмосфере. [12]Благодаря этому и другим улучшениям в стоимости (около 25 долларов США), весе (> 1 килограмма) и точности по всей стране были произведены сотни тысяч радиозондов типа NBS для исследовательских целей, и прибор был официально принят на вооружение Бюро погоды США. [8] [10]

Даймонд был удостоен инженерной премии Вашингтонской академии наук в 1940 году и премии IRE Fellow (которая позже была переименована в премию памяти Гарри Даймонда) в 1943 году за его вклад в радиометеорологию. [11] [13]

Расширение экономически важных государственных служб прогнозирования погоды в 1930-х годах и их растущая потребность в данных побудили многие страны начать регулярные программы радиозондового наблюдения.

В 1985 году , как часть Советского Союза «s программы Vega , две Венеры зонды, Vega 1 и Vega 2 , каждый упал радиозонда в атмосфере Венеры . Зонды отслеживались в течение двух дней.

Несмотря на то, что современное дистанционное зондирование с помощью спутников, самолетов и наземных датчиков является растущим источником данных об атмосфере, ни одна из этих систем не может соответствовать вертикальному разрешению (30 м (98 футов) или меньше) и высоте покрытия (30 км (19 миль)). радиозондовыми наблюдениями, поэтому они остаются незаменимыми в современной метеорологии. [2]

Хотя сотни радиозондов запускаются по всему миру каждый день круглый год, смертельные случаи, связанные с радиозондами, редки. Первым известным примером было поражение электрическим током линейного монтера в Соединенных Штатах, который пытался освободить радиозонд от высоковольтных линий электропередач в 1943 году. [14] [15] В 1970 году самолет Антонов 24, выполнявший рейс 1661 Аэрофлота, потерял управление. после удара радиозонда в полете, в результате которого погибли все 45 человек на борту.

Операция [ править ]

Резины или латекса баллон , наполненный либо гелий или водород поднимает устройство вверх через атмосферу . Максимальная высота, на которую поднимается воздушный шар, определяется диаметром и толщиной воздушного шара. Размеры воздушных шаров могут варьироваться от 100 до 3000 г (от 3,5 до 105,8 унций). По мере того, как воздушный шар поднимается в атмосферу, давление уменьшается, в результате чего воздушный шар расширяется. В конце концов, воздушный шар расширится до такой степени, что его оболочка разорвется, и подъем прекратится. Воздушный шар весом 800 г (28 унций) лопнет на расстоянии около 21 км (13 миль). [16] После разрыва небольшой парашютна линии поддержки радиозонда перевозит его на Землю. Типичный полет радиозонда длится от 60 до 90 минут. Один радиозонд с авиабазы ​​Кларк , Филиппины, достиг высоты 155 092 фута (47 272 м).

Современный радиозонд связывается по радио с компьютером, который хранит все переменные в реальном времени. Первые радиозонды наблюдались с земли с помощью теодолита и давали только оценку ветра по местоположению. С появлением радаров в Корпусе связи стало возможным отслеживать радиолокационные цели, которые переносятся воздушными шарами, с помощью радара SCR-658 . Современные радиозонды могут использовать различные механизмы для определения скорости и направления ветра, такие как радиопеленгатор или GPS . Вес радиозонда обычно составляет 250 г (8,8 унции).

Иногда радиозонды запускаются путем сбрасывания с самолета, а не с помощью воздушного шара. Развернутые таким образом радиозонды называются дропзондами .

Запуск штатного радиозонда [ править ]

В мире насчитывается около 1300 стартовых площадок для радиозондов. [17] Большинство стран обмениваются данными с остальным миром на основе международных соглашений. Практически все обычные запуски радиозондов происходят за 45 минут до официального времени наблюдения 0000 UTC и 1200 UTC, чтобы обеспечить мгновенный снимок атмосферы. [18] Это особенно важно для численного моделирования . В Соединенных Штатах Национальной метеорологической службе поручено обеспечивать своевременные наблюдения за атмосферой для использования в прогнозировании погоды , наблюдении за суровой погодой и предупреждениях.и атмосферные исследования. Национальная метеорологическая служба дважды в день запускает радиозонды с 92 станций в Северной Америке и на островах Тихого океана . Он также поддерживает работу 10 станций радиозондов в Карибском бассейне .

Список наземных стартовых площадок США можно найти в Приложении C, Наземные станции Rawinsonde в США [19] Федерального метеорологического справочника № 3 [20] под названием Rawinsonde and Pibal Observations, датированного маем 1997 года.

Использование аэрологических наблюдений [ править ]

Необработанные данные о верхних слоях атмосферы обычно обрабатываются суперкомпьютерами, использующими численные модели. Синоптики часто просматривают данные в графическом формате, нанесенные на термодинамические диаграммы, такие как диаграммы Skew-T log-P , тефиграммы и / или диаграммы Стюве , которые полезны для интерпретации вертикального термодинамического профиля температуры и влажности атмосферы, а также кинематики. вертикального ветрового профиля. [ необходима цитата ]

Данные радиозондов - важнейший компонент численного прогноза погоды. Поскольку зонд может дрейфовать на несколько сотен километров в течение 90–120 минут полета, могут возникнуть опасения, что это может вызвать проблемы при инициализации модели. [ необходима цитата ] Однако, похоже, это не так, за исключением, возможно, локальных областей в областях струйного течения в стратосфере. [21]

Правила радиосвязи [ править ]

Основные статьи: Радиостанция и служба радиосвязи

Согласно статье 1.109 из Международного союза электросвязи (МСЭ) Регламент радиосвязи МСЭ (РР): [22]

Радиозонда автоматический радиопередатчик в службе метеорологии , как правило , осуществляется на самолете , свободный воздушный шар , воздушный змей или парашют, и который передает метеорологические данные. Каждый радиопередатчик классифицируется той службой радиосвязи, в которой он работает постоянно или временно.

См. Также [ править ]

  • 6AK5
  • Аэрография (метеорология)
  • Атмосферная модель
  • Атмосферная термодинамика
  • CTD (инструмент)
  • Методика глобального горизонтального зондирования
  • Ракетный зонд
  • Totex - японский производитель метеорологических шаров.
  • Vaisala
  • Вилхо Вяйсяля
  • Активируемая водой батарея
  • Сверчок

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Карин Л. Глисон (20 марта 2008 г.). «Озонозонд» . noaa.gov . Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Проверено 4 июля 2011 .
  2. ^ a b «Часто задаваемые вопросы о программе наблюдения NWS» . Программа аэрологических наблюдений . Национальная метеорологическая служба США , Национальное управление океанографии и атмосферы . Архивировано из оригинала на 2014-10-09. Внешняя ссылка в |publisher=( помощь )
  3. ^ "Rawinsonde" . Британская энциклопедия онлайн . Энциклопедия Britannica Inc. 2014 . Проверено 15 июня 2014 года .
  4. ^ а б "Радиозондаж" . Découvrir: Mesurer l'atmosphère (на французском языке). Метео-Франс . Архивировано из оригинала на 2006-12-07 . Проверено 30 июня 2008 .
  5. ^ "Бюро (Роберт)" . La météo de A à Z> Определение (на французском языке). Метео-Франс . Архивировано из оригинала на 2007-10-29 . Проверено 30 июня 2008 .
  6. ^ а б Дюбуа, Мултхауф и Зиглер, «Изобретение и разработка радиозонда», Смитсоновские исследования в области истории и технологий , № 53, 2002.
  7. ^ Vernoff, S. "Радио-передача космических лучей данных из стратосферы", Nature , 29 июня 1935 года.
  8. ^ a b c d Дюбуа, Джон; Multhauf, Роберт; Зиглер, Чарльз (2002). «Изобретение и разработка радиозонда с каталогом датчиков телеметрии в верхних слоях атмосферы в Национальном музее американской истории Смитсоновского института» (PDF) . Пресса Смитсоновского института . Проверено 13 июля 2018 года .
  9. ^ Gillmor, Стюарт (26 декабря 1989). «Семьдесят лет радиологии, технологии, стандартов и измерений в Национальном бюро стандартов». Эос, Сделки Американского геофизического союза . 70 (52): 1571. Bibcode : 1989EOSTr..70.1571G . DOI : 10.1029 / 89EO00403 .
  10. ^ a b Кларк, ET (сентябрь 1941 г.). «Радиозонд: стратосферная лаборатория». Журнал Института Франклина . 232 (3): 217–238. DOI : 10.1016 / S0016-0032 (41) 90950-X .
  11. ^ a b Лиде, Дэвид (2001). Век передового опыта в измерениях, стандартах и ​​технологиях . CRC Press. п. 42. ISBN 978-0-8493-1247-2.
  12. ^ "Радиометеорографы NBS :: Коллекция исторических фотографий" . nistdigitalarchives.contentdm.oclc.org . Проверено 13 июля 2018 .
  13. ^ "Премия памяти Гарри Даймонда - Прошлые получатели - IEEE-США" . ieeeusa.org . Проверено 13 июля 2018 .
  14. ^ «Линейщики предупреждают об отключении радиозонда», «Электрический мир», 15 мая 1943 г.
  15. ^ [1]
  16. ^ Дайан Дж. Гаффен. Радиозондовые наблюдения и их использование в исследованиях, связанных с SPARC. Архивировано 7 июня 2007 года на Wayback Machine. Проверено 25мая 2008 года.
  17. ^ Глобальная система наблюдений ВМО Аэрологические наблюдения . Проверено 19 февраля 2017 года.
  18. ^ Процедуры Предполетный и критерии успешности архивации 21 ноября 2008, в Wayback Machine , PDF
  19. ^ США Наземные Rawinsode Stations Archived 3 марта 2016 года, в Wayback Machine
  20. ^ "Федеральный метеорологический справочник № 3" . Ofcm.gov. Архивировано из оригинала на 2013-12-22 . Проверено 15 сентября 2013 .
  21. ^ Мертвая ссылка [ мертвая ссылка ]
  22. ^ Регламент радиосвязи МСЭ, Раздел IV. Радиостанции и системы - статья 1.109, определение: радиозонд.

Внешние ссылки [ править ]

  • Данные о верхних слоях атмосферы в мире - в прошлом и настоящем
  • Таблица ВМО всех аэрологических станций по всему миру
  • Интерпретация данных радиозондов Тефиграммы и диаграммы Skew-T log P.
  • Музей радиозондов Северной Америки
  • Система зондирования радиозондов на webmet.com
  • Информационный бюллетень радиозондов Национальной метеорологической службы NOAA
  • Сергей Николаевич Вернов
  • SCR-658 фото
  • ранние фото
  • Фото - Радиозонд раннего типа
  • Фото - Радиозонд транзисторного типа