Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Метеорологический радар в Нормане, Оклахома, с дождевым валом
Погодная антенна (WF44)
Университет Оклахомы OU-PRIME C-диапазон, поляриметрический, метеорологический радар во время строительства

Метеорологический радар , также называемый метеорологическим радаром ( WSR ) и метеорологическим радаром Доплера , представляет собой тип радаров, используемых для определения местоположения осадков , расчета их движения и оценки их типа (дождь, снег, град и т. Д.). Современные метеорологические радиолокаторы в основном представляют собой импульсные доплеровские радиолокаторы , способные обнаруживать движение капель дождя в дополнение к интенсивности осадков. Оба типа данных можно анализировать, чтобы определить структуру штормов и их способность вызывать суровые погодные условия .

Во время Второй мировой войны операторы радаров обнаружили, что погода вызывает эхо на их экранах, маскируя потенциальные вражеские цели. Были разработаны методы их фильтрации, но ученые начали изучать это явление. Вскоре после войны излишки радаров использовались для обнаружения осадков. С тех пор метеорологические радары развивались самостоятельно и теперь используются национальными метеорологическими службами, исследовательскими отделами университетов и метеорологическими службами телевизионных станций . Обычно используются необработанные изображения, а специальное программное обеспечение может использовать радиолокационные данные для краткосрочного прогнозирования будущих местоположений и интенсивности дождя, снега, града и других погодных явлений. Выходные данные радара даже включены в численный прогноз погоды модели для улучшения анализа и прогнозов.

История [ править ]

Тайфун Кобра на экране корабельного радара в декабре 1944 года.

Во время Второй мировой войны операторы военных радаров заметили шум в отраженных сигналах от дождя, снега и мокрого снега . После войны военные ученые вернулись к мирной жизни или продолжили службу в вооруженных силах и продолжили свою работу по разработке способов использования этих эхо. В Соединенных Штатах Дэвид Атлас [1], сначала работая в ВВС, а затем в Массачусетском технологическом институте , разработал первые оперативные метеорологические радары. В Канаде Дж. С. Маршалл и Р. Х. Дуглас сформировали «Группу штормовой погоды» в Монреале. [2] [3] Маршалл и его докторант Уолтер Палмер хорошо известны своей работой по распределению капель по размеру.в дожде средних широтах, что привело к пониманию отношения ZR, которое коррелирует заданную отражательную способность радара со скоростью, с которой падает дождевая вода. В Соединенном Королевстве продолжались исследования по изучению паттернов эхосигналов радара и погодных элементов, таких как стратиформный дождь и конвективные облака , и были проведены эксперименты для оценки потенциала различных длин волн от 1 до 10 сантиметров. К 1950 году британская компания EKCO демонстрировала свое бортовое «радарное оборудование для обнаружения облаков и столкновений». [4]

Радиолокационные технологии 1960-х годов обнаружили торнадо, производящие суперячейки, над мегаполисом Миннеаполис - Сент-Пол .

В период с 1950 по 1980 год радары отражательной способности, которые измеряют местоположение и интенсивность осадков, использовались метеорологическими службами по всему миру. Первым метеорологам приходилось наблюдать за электронно-лучевой трубкой . В 1953 году Дональд Стэггс, инженер-электрик, работавший в Водной службе штата Иллинойс, сделал первое зарегистрированное радиолокационное наблюдение « крючкового эха », связанного с торнадовой грозой. [5]

Первое использование метеорологического радиолокатора на телевидении в Соединенных Штатах было в сентябре 1961 года. Ураган Карла приближался к штату Техас, и местный репортер Дэн Скорее подозревая, что ураган был очень сильным, он посетил радиолокационную станцию ​​WSR-57 Бюро погоды США. в Галвестоне , чтобы получить представление о размере шторма. Он убедил сотрудников бюро разрешить ему вести прямую трансляцию из их офиса и попросил метеоролога нарисовать ему приблизительный контур Мексиканского залива.на прозрачном листе пластика. Во время трансляции он держал эту прозрачную накладку на черно-белом экране радара компьютера, чтобы дать своей аудитории представление как о размере Карлы, так и о местонахождении глаза бури. Это сделало Ратер национальным именем, и его отчет помог обеспокоенному населению принять эвакуацию властями примерно 350 000 человек, что было самой крупной эвакуацией в истории США в то время. Всего 46 человек были убиты благодаря предупреждению, и было подсчитано, что эвакуация спасла несколько тысяч жизней, поскольку меньший ураган Галвестон 1900 года унес жизни примерно 6000-12000 человек. [6]

В 1970-х годах радары начали стандартизировать и организовывать в сети. Были разработаны первые устройства для захвата радиолокационных изображений. Количество сканированных углов было увеличено, чтобы получить трехмерное изображение осадков, чтобы можно было выполнять горизонтальные поперечные сечения ( CAPPI ) и вертикальные поперечные сечения. Тогда исследования организации гроз стали возможны для проекта «Град Альберты» в Канаде и, в частности, для Национальной лаборатории сильных штормов (NSSL) в США.

NSSL, созданный в 1964 году, начал эксперименты с сигналами двойной поляризации и с использованием эффекта Доплера . В мае 1973 года торнадо обрушился на Юнион-Сити, штат Оклахома , к западу от Оклахома-Сити . Впервые радар с допплеризацией с длиной волны 10 см от NSSL задокументировал весь жизненный цикл торнадо. [7] Исследователи обнаружили мезомасштабное вращение облака наверху до того, как торнадо коснулся земли - сигнатуру торнадо-вихря . Исследование NSSL помогло убедить Национальную метеорологическую службу в том, что доплеровский радар является важным инструментом прогнозирования. [7] Супер Вспышкаторнадо 3–4 апреля 1974 г. и их разрушительные разрушения, возможно, помогли получить финансирование для дальнейших разработок. [ необходима цитата ]

NEXRAD в Южной Дакоте с суперячейкой на заднем плане.

Между 1980 и 2000 годами сети метеорологических радаров стали нормой в Северной Америке, Европе, Японии и других развитых странах. Обычные радары были заменены доплеровскими радарами, которые в дополнение к положению и интенсивности могли отслеживать относительную скорость частиц в воздухе. В Соединенных Штатах строительство сети, состоящей из 10-сантиметровых радаров, названной NEXRAD или WSR-88D (Weather Surveillance Radar 1988 Doppler), было начато в 1988 году после исследований NSSL. [7] [8] В Канаде Министерство охраны окружающей среды Канады построило к 1985 году станцию Кинг-Сити [9] с 5-сантиметровым исследовательским доплеровским радаром; Университет Макгилла доплерировал свой радар ( радарная обсерватория им. Дж. С. Маршалла) в 1993 году. Это привело к созданию полной канадской доплеровской сети [10] между 1998 и 2004 годами. Франция и другие европейские страны перешли на доплеровские сети к началу 2000-х годов. Между тем, быстрое развитие компьютерных технологий привело к появлению алгоритмов обнаружения признаков суровой погоды и множеству приложений для средств массовой информации и исследователей.

После 2000 года исследования технологии двойной поляризации перешли в оперативное использование, увеличив объем доступной информации о типах осадков (например, дождь или снег). «Двойная поляризация» означает, что излучается микроволновое излучение, поляризованное как горизонтально, так и вертикально (относительно земли). Широкомасштабное развертывание было осуществлено к концу десятилетия или началу следующего в некоторых странах, таких как США, Франция [11] и Канада. В апреле 2013 года все NEXRAD Национальной метеорологической службы США были полностью двухполяризованными. [12]

С 2003 года Национальное управление океанических и атмосферных исследований США экспериментирует с радаром с фазированной антенной решеткой в качестве замены обычной параболической антенны, чтобы обеспечить большее временное разрешение при зондировании атмосферы . Это может быть значительным при сильных грозах, поскольку их развитие можно лучше оценить с помощью более своевременных данных.

Также в 2003 году Национальный научный фонд учредил Центр инженерных исследований для совместного адаптивного зондирования атмосферы (CASA), междисциплинарное, межвузовское сотрудничество инженеров, компьютерных ученых, метеорологов и социологов для проведения фундаментальных исследований, разработки эффективных технологий, и развернуть прототип инженерных систем, предназначенных для расширения существующих радиолокационных систем, путем отбора проб нижней тропосферы с недостаточной дискретизацией с помощью недорогих радаров с быстрым сканированием, двойной поляризацией, механическим сканированием и фазированной антенной решеткой.

Как работает метеорологический радар [ править ]

Отправка радиолокационных импульсов [ править ]

Луч радара распространяется по мере удаления от радиолокационной станции, охватывая все больший объем.

Метеорологические радары посылают направленные импульсы микроволнового излучения длительностью порядка микросекунды с помощью резонаторного магнетрона или клистронной трубки, соединенной волноводом с параболической антенной . Длины волн 1-10 см примерно в десять раз больше диаметра интересующих нас капель или частиц льда, потому что на этих частотах происходит рэлеевское рассеяние . Это означает, что часть энергии каждого импульса будет отражаться от этих мелких частиц обратно в направлении радиолокационной станции. [13]

Более короткие длины волн подходят для более мелких частиц, но сигнал затухает быстрее. Таким образом, 10-сантиметровый ( S-диапазон ) радар предпочтительнее, но он дороже, чем 5-сантиметровая система C-диапазона . 3-сантиметровый радар X-диапазона используется только для устройств ближнего действия, а 1-сантиметровый метеорологический радар Ka-диапазона используется только для исследования явлений мелких частиц, таких как изморось и туман. [13] Метеорологические радиолокационные системы W-диапазона использовались ограниченно в университетах, но из-за более быстрого ослабления большинство данных не работают.

Радиолокационные импульсы распространяются по мере удаления от радиолокационной станции. Таким образом, объем воздуха, который проходит радиолокационный импульс, больше для областей, более удаленных от станции, и меньше для близлежащих областей, что снижает разрешение на больших расстояниях. В конце диапазона зондирования 150–200 км объем воздуха, просматриваемый одним импульсом, может составлять порядка кубического километра. Это называется импульсным объемом . [14]

Объем воздуха, который занимает данный импульс в любой момент времени, может быть аппроксимирован формулой , где v - объем, заключенный в импульсе, h - ширина импульса (например, в метрах, рассчитанная на основе длительности импульса в секундах. умноженная на скорость света), r - это расстояние от радара, которое импульс уже прошел (например, в метрах), и ширина луча (в радианах). Эта формула предполагает , что пучок симметрично круглый, «г» гораздо больше , чем «ч» так «г» , принятой в начале или в конце импульса почти то же самый, и форма объема является конусом усеченной из глубина "h". [13]

Прослушивание ответных сигналов [ править ]

Между каждым импульсом радиолокационная станция служит приемником, так как она прослушивает отраженные сигналы от частиц в воздухе. Продолжительность цикла "прослушивания" составляет порядка миллисекунды , что в тысячу раз больше длительности импульса. Продолжительность этой фазы определяется необходимостью распространения микроволнового излучения (которое распространяется со скоростью света ) от детектора к метеорологической цели и обратно на расстояние, которое может составлять несколько сотен километров. Горизонтальное расстояние от станции до цели вычисляется просто из количества времени, которое проходит от инициирования импульса до обнаружения обратного сигнала. Время переводится в расстояние путем умножения на скорость света в воздухе:

где c = 299 792,458 км / с - скорость света , а n ≈ 1.0003 - показатель преломления воздуха. [15]

Если импульсы излучаются слишком часто, возврат от одного импульса будет спутан с возвратом от предыдущих импульсов, что приведет к неправильным расчетам расстояния.

Определение высоты [ править ]

Путь луча радара с высотой

Поскольку Земля круглая, луч радара в вакууме будет подниматься в соответствии с обратной кривизной Земли. Однако у атмосферы есть показатель преломления, который уменьшается с высотой из-за уменьшения ее плотности. Это немного изгибает луч радара в сторону земли, и для стандартной атмосферы это эквивалентно рассмотрению кривизны луча, равной 4/3 фактической кривизны Земли. В зависимости от угла места антенны и других соображений для расчета высоты цели над землей можно использовать следующую формулу: [16]

куда:

r = расстояние радар до цели,
к е = 4/3,
a e = радиус Земли ,
θ e = угол места над горизонтом радара ,
h a = высота рупора над землей.
Отсканированный объем с использованием нескольких углов возвышения

Сеть метеорологических радаров использует серию типичных углов, которые будут установлены в соответствии с потребностями. После каждого поворота сканирования угол места антенны изменяется для следующего зондирования. Этот сценарий будет повторяться под многими углами, чтобы сканировать весь объем воздуха вокруг радара в пределах максимального диапазона. Обычно эта стратегия сканирования выполняется в течение 5-10 минут, чтобы получить данные в пределах 15 км над землей и 250 км от радара. Например, в Канаде метеорологические радиолокаторы 5 см используют углы от 0,3 до 25 градусов. Изображение справа показывает объем, отсканированный при использовании нескольких углов.

Из-за кривизны Земли и изменения показателя преломления с высотой радар не может «видеть» ниже высоты минимального угла (показан зеленым) или ближе к радару, чем максимальный (показан красным конусом на рисунке). центр). [17]

Калибровка интенсивности отдачи [ править ]

Поскольку цели не уникальны в каждом объеме, радиолокационное уравнение должно быть развито сверх основного. Предполагая моностатический радар, где : [13] [18]

где - принимаемая мощность, - передаваемая мощность, - коэффициент усиления передающей / приемной антенны, - длина волны радара, - поперечное сечение цели радара и - расстояние от передатчика до цели.

В этом случае мы должны сложить поперечные сечения всех мишеней: [19]

где - скорость света, - временная длительность импульса, - ширина луча в радианах.

В сочетании двух уравнений:

Что приводит к:

Обратите внимание, что теперь доходность изменяется обратно пропорционально вместо . Чтобы сравнить данные, поступающие с разных расстояний от радара, необходимо нормализовать их этим соотношением.

Типы данных [ править ]

Отражательная способность [ править ]

Обратные эхо-сигналы от целей («отражательная способность») анализируются на предмет их интенсивности, чтобы установить интенсивность осадков в сканируемом объеме. Используемые длины волн (1–10 см) гарантируют, что этот возврат пропорционален скорости, потому что они находятся в пределах действия рэлеевского рассеяния , согласно которому цели должны быть намного меньше, чем длина волны сканирования (в 10 раз). .

Отражательная способность, воспринимаемая радаром (Z e ), изменяется в шестой степени диаметра капель дождя (D), квадрата диэлектрической проницаемости (K) целей и распределения капель по размерам (например, N [D] по Маршаллу- Палмер ) капель. Это дает усеченные гамма - функцию , [20] в виде:

Скорость осаждения (R), с другой стороны, равна количеству частиц, их объему и скорости их падения (v [D]) как:

Итак, Z e и R имеют схожие функции, которые можно разрешить, задав связь между ними в форме, называемой отношением ZR :

Z = aR b

Где a и b зависят от типа осадков (снеговые, дождевые, конвективные или стратиформные ), которые имеют разные значения K, N 0 и v.

  • По мере того, как антенна сканирует атмосферу, на каждом угле азимута она получает определенную силу отражения от каждого типа встреченной цели. Затем отражательная способность усредняется для этой цели, чтобы получить лучший набор данных.
  • Поскольку изменение диаметра и диэлектрической проницаемости целей может привести к большим колебаниям мощности, возвращаемой радару, коэффициент отражения выражается в дБZ (10-кратный логарифм отношения эхо-сигнала к стандартной капле диаметром 1 мм, заполняющей тот же сканируемый объем. ).

Как определить коэффициент отражения на экране радара [ править ]

Цветовая шкала отражательной способности NWS.

Обратные сигналы радара обычно описываются цветом или уровнем. Цвета на радиолокационном изображении обычно варьируются от синего или зеленого для слабых отражений до красного или пурпурного для очень сильных отражений. Цифры в устном отчете увеличиваются с увеличением серьезности результатов. Например, национальные радиолокационные станции NEXRAD США используют следующую шкалу для различных уровней отражательной способности: [21]

  • пурпурный: 65 дБZ (очень сильные осадки,> 16 дюймов (410 мм) в час, но вероятен град)
  • красный: 50 дБЗ (сильные осадки, 2 дюйма (51 мм) в час)
  • желтый: 35 дБЗ (умеренные осадки 6,4 мм (0,25 дюйма) в час)
  • зеленый: 20 dBZ (небольшие осадки)

Сильные сигналы (красный или пурпурный) могут указывать не только на сильный дождь, но и на грозу, град, сильный ветер или торнадо, но их следует интерпретировать осторожно по причинам, описанным ниже.

Соглашения об авиации [ править ]

При описании возвращений метеорологических радаров пилоты, диспетчеры и авиадиспетчеры обычно ссылаются на три уровня возврата: [22]

  • Уровень 1 соответствует зеленому отраженному сигналу радара, что обычно указывает на незначительные осадки и незначительную турбулентность или ее отсутствие, что ведет к снижению видимости.
  • уровень 2 соответствует желтому сигналу радара, указывающему на умеренные осадки, приводящие к возможности очень низкой видимости, умеренной турбулентности и неудобной поездки для пассажиров самолета.
  • уровень 3 соответствует возвращению красного радара, указывающему на сильные осадки, ведущие к вероятности грозы, сильной турбулентности и повреждения конструкции самолета.

Самолеты будут стараться избегать возвращения уровня 2, когда это возможно, и всегда избегают уровня 3, если только они не являются специально разработанными исследовательскими самолетами.

Типы осадков [ править ]

Некоторые дисплеи, предоставляемые коммерческими телеканалами (как местными, так и национальными) и погодными веб-сайтами, такими как The Weather Channel и AccuWeather , показывают типы осадков в зимние месяцы: дождь, снег, смешанные осадки ( мокрый снег и ледяной дождь ). Это не анализ самих радиолокационных данных, а последующая обработка других источников данных, главным из которых являются наземные сводки ( METAR ). [23]

В области, покрываемой радиолокационными эхосигналами, программа назначает тип осадков в соответствии с температурой поверхности и точкой росы, полученной на соответствующих метеостанциях . Типы осадков, сообщаемые станциями, управляемыми людьми, и некоторыми автоматическими станциями ( AWOS ) будут иметь больший вес. [24] Затем программа выполняет интерполяцию для получения изображения с определенными зонами. Они будут включать ошибки интерполяции из-за вычислений. Также будут потеряны мезомасштабные вариации зон осадков. [23] Более сложные программы используют выходные данные численного прогноза погоды от таких моделей, как NAM иWRF для типов осадков и примените его в качестве первого предположения к радиолокационным эхо-сигналам, а затем используйте данные о поверхности для окончательного вывода.

До тех пор, пока данные с двойной поляризацией (раздел « Поляризация» ниже) не станут широко доступными, любые типы осадков на радиолокационных изображениях являются лишь косвенной информацией и требуют осторожного обращения.

Скорость [ править ]

Идеализированный пример доплеровского выхода. Скорости приближения показаны синим цветом, а скорости удаления - красным. Обратите внимание на синусоидальное изменение скорости при обходе дисплея в определенном диапазоне.

Осадки бывают внутри и ниже облаков. Легкие осадки, такие как капли и хлопья, подвержены воздействию воздушных потоков, и сканирующий радар может улавливать горизонтальную составляющую этого движения, что дает возможность оценить скорость и направление ветра там, где есть осадки.

Движение цели относительно радиолокационной станции вызывает изменение отраженной частоты радиолокационного импульса из-за эффекта Доплера . При скоростях метеорологических эхосигналов менее 70 метров в секунду и длине волны радара 10 см это составляет изменение всего на 0,1 ppm . Эта разница слишком мала, чтобы ее можно было заметить электронными приборами. Однако, как цели немного перемещаться между каждым импульсом, возвращаемая волна имеет заметные фазы разность или сдвиг по фазе от импульса к импульсу.

Пара импульсов [ править ]

Доплеровские метеорологические радиолокаторы используют эту разность фаз (разность пар импульсов) для расчета движения осадков. Интенсивность последовательно возвращающегося импульса из того же сканированного объема, где цели слегка переместились, составляет: [13]

Итак , v = целевая скорость = . Эта скорость называется радиальной доплеровской скоростью, потому что она дает только радиальное изменение расстояния между радаром и целью во времени. Реальная скорость и направление движения должны быть получены с помощью процесса, описанного ниже.

Дилемма Доплера [ править ]

Максимальный диапазон от отражательной способности (красный) и однозначного доплеровского диапазона скоростей (синий) с частотой повторения импульсов

Фаза между парами импульсов может изменяться от - до + , поэтому однозначный диапазон доплеровской скорости составляет [13]

V макс =

Это называется скоростью Найквиста . Это обратно зависит от времени между последовательными импульсами: чем меньше интервал, тем больше однозначный диапазон скорости. Однако мы знаем, что максимальный диапазон отражательной способности прямо пропорционален :

х =

Выбор становится увеличением диапазона от отражательной способности за счет диапазона скоростей или увеличения последнего за счет диапазона от отражательной способности. В общем, компромисс полезной дальности составляет 100–150 км для отражательной способности. Это означает, что для длины волны 5 см (как показано на диаграмме) получается однозначный диапазон скоростей от 12,5 до 18,75 м / с (для 150 км и 100 км соответственно). Для 10-сантиметрового радара, такого как NEXRAD [13], однозначный диапазон скоростей будет удвоен.

Некоторые методы, использующие две чередующиеся частоты повторения импульсов (PRF), позволяют увеличить доплеровский диапазон. Скорости, отмеченные первой частотой пульса, могут быть равны или отличаться от второй. Например, если максимальная скорость с определенной скоростью составляет 10 метров в секунду, а скорость с другой скоростью составляет 15 м / с. Данные, поступающие от обоих, будут одинаковыми до 10 м / с, а затем будут отличаться. Затем можно найти математическую связь между двумя возвратами и вычислить реальную скорость, превышающую ограничение двух PRF.

Доплеровская интерпретация [ править ]

Радиальная составляющая реального ветра при сканировании на 360 градусов

При равномерном ливне, движущемся на восток, луч радара, направленный на запад, «увидит» движущиеся к себе капли дождя, а луч, направленный на восток, «увидит» отходящие капли. Когда луч сканирует на север или на юг, относительного движения не отмечается. [13]

Синоптический [ править ]

При интерпретации синоптической шкалы пользователь может выделить ветер на разных уровнях в зоне покрытия радара. Поскольку луч сканирует вокруг радара на 360 градусов, данные будут поступать со всех этих углов и будут представлять собой радиальную проекцию фактического ветра на индивидуальный угол. Картина интенсивности, сформированная этим сканированием, может быть представлена ​​косинусоидальной кривой (максимум при движении осадков и ноль в перпендикулярном направлении). Затем можно рассчитать направление и силу движения частиц, если на экране радара имеется достаточное покрытие.

Однако капли дождя падают. Поскольку радар видит только радиальную составляющую и находится на некотором возвышении от земли, радиальные скорости зависят от некоторой доли скорости падения. Этим компонентом можно пренебречь при малых углах возвышения, но его необходимо учитывать при более высоких углах сканирования. [13]

Мезо масштаб [ править ]

В данных о скорости могут быть меньшие зоны в зоне действия радара, где ветер отличается от упомянутого выше. Например, гроза - это мезомасштабное явление, которое часто включает в себя вращение и турбулентность . Они могут занимать всего несколько квадратных километров, но видны по колебаниям радиальной скорости. Пользователи могут распознавать модели скорости ветра, связанные с вращением, такие как мезоциклон , конвергенция ( граница оттока ) и дивергенция ( нисходящий выброс ).

Поляризация [ править ]

Нацеливание с двойной поляризацией покажет форму капли.

Капли падающей жидкой воды имеют тенденцию иметь большую горизонтальную ось из-за коэффициента сопротивления воздуха при падении (капли воды). Это заставляет диполь молекулы воды ориентироваться в этом направлении; Таким образом, лучи радара обычно поляризованы по горизонтали для получения максимального отражения сигнала.

Если два импульса отправляются одновременно с ортогональной поляризацией (вертикальная и горизонтальная, Z V и Z H соответственно), будут получены два независимых набора данных. Эти сигналы можно сравнить несколькими полезными способами: [25] [26]

  • Дифференциальный Отражательная ( Z др ) - Дифференциальная отражательная способность пропорциональна отношению отраженных горизонтальной и вертикальной отдачи мощности , как Z H / Z V . Помимо прочего, это хороший индикатор формы капли. Дифференциальная отражательная способность также может обеспечить оценку среднего размера капель, поскольку более крупные капли более подвержены деформации под действием аэродинамических сил, чем более мелкие (то есть более крупные капли с большей вероятностью приобретут "форму булочки гамбургера"), когда они падают через воздуха.
  • Коэффициент корреляции ( ρ hv ) - статистическая корреляция между отраженными горизонтальными и вертикальными значениями мощности. Высокие значения, близкие к единице, указывают на однородные типы осадков, в то время как более низкие значения указывают на области со смешанными типами осадков, такими как дождь и снег, или град, или, в крайних случаях, поднимающийся мусор, обычно совпадающий с характерным признаком вихря торнадо .
  • Коэффициент линейной деполяризации ( LDR ) - это отношение вертикальной отдачи мощности от горизонтального импульса или горизонтальной отдачи мощности от вертикального импульса. Он также может указывать на регионы, где есть смесь типов осадков.
  • Дифференциальная фаза ( ) - Дифференциальная фаза представляет собой сравнение возвращенной разности фаз между горизонтальными и вертикальными импульсами. Это изменение фазы вызвано разницей в количестве волновых циклов (или длин волн) вдоль пути распространения для волн с горизонтальной и вертикальной поляризацией. Его не следует путать с доплеровским сдвигом частоты, который вызывается движением облака и частиц осадков. В отличие от дифференциальной отражательной способности, коэффициента корреляции и коэффициента линейной деполяризации, которые все зависят от отраженной мощности, дифференциальная фаза является «эффектом распространения». Это очень хорошая оценка интенсивности дождя и не зависит от затухания . Производная по диапазону дифференциальной фазы (удельная дифференциальная фаза, Kdp ) можно использовать для локализации областей сильных осадков / ослабления.

Обладая дополнительной информацией о форме частиц, радары с двойной поляризацией могут более легко отличать находящиеся в воздухе обломки от осадков, что упрощает обнаружение торнадо . [27]

Благодаря этим новым знаниям, добавленным к отражательной способности, скорости и ширине спектра, создаваемым доплеровскими метеорологическими радиолокаторами, исследователи работали над разработкой алгоритмов для различения типов осадков, неметеорологических целей и для получения более точных оценок накопления осадков. [25] [28] [29] В США NCAR и NSSL были мировыми лидерами в этой области. [25] [30]

NOAA организовало испытательное развертывание двухполаметрического радара в NSSL и оборудовало все свои 10-сантиметровые радары NEXRAD двойной поляризацией, что было завершено в апреле 2013 года. [12] В 2004 году доплеровский метеорологический радар ARMOR в Хантсвилле, штат Алабама, был оборудован Приемник SIGMET, устанавливаемый на антенну, предоставляющий оператору возможность измерения двойной полярности. Университет Макгилла Радарная обсерватория Дж. С. Маршалла в Монреале , Канада, преобразовала свой прибор (1999) [31], и данные используются в оперативном порядке Министерством окружающей среды Канады в Монреале. [32] Другой радар Министерства окружающей среды Канады, в Кинг-Сити (к северу отТоронто ), в 2005 г. была двойная поляризация; [33] он использует длину волны 5 см, которая подвергается большему затуханию . [34] Министерство окружающей среды Канады работает над переводом всех своих радаров на двойную поляризацию. [35] Météo-France планирует включить в зону покрытия своей сети доплеровский радар с двойной поляризацией. [36]

Основные типы выходов радара [ править ]

Все данные радарного сканирования отображаются в соответствии с потребностями пользователей. Для достижения этой цели со временем были разработаны различные результаты. Вот список доступных общих и специализированных выходов.

Индикатор положения на плане [ править ]

Линия грозы в отражательной способности (дБЗ) на PPI

Поскольку данные получают под одним углом за раз, первым способом их отображения был индикатор планового положения (PPI), который представляет собой только схему отражения радара на двумерном изображении. Следует помнить, что данные, поступающие на радар с разного расстояния, находятся на разной высоте над землей.

Это очень важно, поскольку высокая интенсивность дождя, наблюдаемая вблизи радара, относительно близка к тому, что достигает земли, но то, что видно с расстояния 160 км, находится примерно на 1,5 км над землей и может сильно отличаться от количества, достигающего поверхности. Таким образом, трудно сравнивать метеорологические эхосигналы на разных расстояниях от радара.

Дополнительной проблемой для PPI являются эхо-сигналы от земли вблизи радара. Это может быть неверно истолковано как реальное эхо. Поэтому были разработаны другие продукты и дополнительные методы обработки данных, чтобы восполнить эти недостатки.

Использование: Отражательная способность, доплеровские и поляриметрические данные могут использовать PPI.

В случае доплеровских данных возможны две точки зрения: относительно поверхности или шторма. При рассмотрении общего движения дождя для извлечения ветра на разных высотах лучше использовать данные, относящиеся к радару. Но при поиске вращения или сдвига ветра под грозой лучше использовать относительные изображения шторма, которые вычитают общее движение осадков, позволяя пользователю наблюдать за движением воздуха, как если бы он сидел на облаке.

Индикатор положения плана постоянной высоты [ править ]

Типичные углы, сканированные в Канаде. Зигзаги представляют собой углы данных, используемые для построения CAPPI на высоте 1,5 км и 4 км.

Чтобы избежать некоторых проблем с PPI, канадскими исследователями был разработан индикатор положения на постоянной высоте (CAPPI). По сути, это горизонтальный разрез радиолокационных данных. Таким образом, можно сравнивать осадки на равных на разном расстоянии от радара и избегать эхо-сигналов от земли. Хотя данные собираются на определенной высоте над землей, можно сделать вывод о связи между отчетами наземных станций и данными радара.

CAPPI требуют большого количества углов от почти горизонтали до почти вертикали радара, чтобы разрез был как можно ближе на всем расстоянии к необходимой высоте. Даже тогда, после определенного расстояния, угол недоступен, и CAPPI становится PPI самого низкого угла. Зигзагообразная линия на диаграмме углов выше показывает данные, использованные для получения CAPPI высотой 1,5 и 4 км. Обратите внимание, что на участке после 120 км используются те же данные.

использование

Поскольку CAPPI использует угол, наиболее близкий к желаемой высоте в каждой точке от радара, данные могут поступать с немного разных высот, как видно на изображении, в разных точках зоны действия радара. Поэтому очень важно иметь достаточно большое количество углов зондирования, чтобы минимизировать это изменение высоты. Кроме того, для получения изображения без шума тип данных должен изменяться относительно постепенно с высотой.

Данные отражательной способности относительно гладкие по высоте, CAPPI в основном используются для их отображения. С другой стороны, данные о скорости могут быстро меняться по направлению с высотой, и CAPPI для них не являются обычными. Кажется, что только Университет Макгилла регулярно производит доплеровские CAPPI с 24 углами, доступными на их радарах. [37] Тем не менее, некоторые исследователи опубликовали статьи с использованием CAPPI скорости для изучения тропических циклонов и разработки продуктов NEXRAD . [38] Наконец, поляриметрические данные появились недавно и часто содержат шум. Похоже, что для них не существует регулярного использования CAPPI, хотя компания SIGMET предлагает программное обеспечение, способное создавать такие типы изображений. [39]

Примеры в реальном времени
  • Университет Макгилла
  • Environment Canada

Вертикальный композит [ править ]

Базовый PPI по сравнению с композитным.

Еще одно решение проблемы PPI - создание изображений с максимальной отражательной способностью в надземном слое. Это решение обычно используется, когда количество доступных углов невелико или варьируется. Американская национальная метеорологическая служба использует такой композит, поскольку их схема сканирования может варьироваться от 4 до 14 углов, в зависимости от их потребностей, что дает очень грубые CAPPI. Composite гарантирует, что в слое не будет пропущено сильное эхо, а обработка с использованием доплеровских скоростей устраняет эхо-сигналы от земли. Сравнивая базовые и составные изделия, можно выделить зоны Виргины и восходящего потока .

Пример в реальном времени: радар NWS Burlington, можно сравнить продукты BASE и COMPOSITE

Накопления [ править ]

Накопление осадков за 24 часа на радаре Валь д'Ирен в Восточной Канаде. Обратите внимание на зоны без данных на востоке и юго-западе, вызванные блокировкой луча радара с гор.

Еще одно важное использование радиолокационных данных - это способность оценивать количество осадков, выпавших на большие бассейны, для использования в гидрологических расчетах; такие данные полезны при борьбе с наводнениями, управлении канализацией и строительстве плотин. Вычисленные данные радиолокационной погоды можно использовать вместе с данными наземных станций.

Чтобы получить радиолокационные накопления, мы должны оценить интенсивность дождя в точке по среднему значению в этой точке между одним PPI, или CAPPI, и другим; затем умножьте на время между этими изображениями. Если требуется более длительный период времени, необходимо сложить все накопления изображений за это время.

Echotops [ править ]

Авиация активно использует радиолокационные данные. Одна карта, особенно важная в этой области, - это Echotops для планирования полета и предотвращения опасной погоды. Большинство метеорологических радаров страны сканируют под достаточным углом, чтобы иметь трехмерный набор данных по зоне покрытия. Относительно легко оценить максимальную высоту, на которой осадки находятся в объеме. Однако это не вершины облаков, поскольку они всегда возвышаются над уровнем осадков.

Вертикальные сечения [ править ]

Вертикальный разрез.

Чтобы узнать вертикальную структуру облаков, в частности, грозы или уровень слоя таяния, доступен продукт вертикального сечения радиолокационных данных. Это делается путем отображения только данных вдоль линии от координат A до B, снятых под разными углами сканирования.

Индикатор высоты диапазона [ править ]

Изображение RHI.

Когда метеорологический радар выполняет сканирование только в одном направлении по вертикали, он получает данные с высоким разрешением вдоль вертикального разреза атмосферы. Результат этого зондирования называется индикатором высоты диапазона (RHI), который отлично подходит для просмотра подробной вертикальной структуры шторма. Это отличается от упомянутого выше вертикального поперечного сечения тем, что радар делает вертикальный разрез в определенных направлениях и не выполняет сканирование на все 360 градусов вокруг объекта. Такое зондирование и продукт доступны только на исследовательских радарах.

Радиолокационные сети [ править ]

Berrimah Radar в Дарвине, Северная территория Австралии

За последние несколько десятилетий радарные сети были расширены, чтобы позволить создавать составные виды, покрывающие большие площади. Например, многие страны, включая США, Канаду и большую часть Европы, производят изображения, включающие все их радары. Это нетривиальная задача.

Фактически, такая сеть может состоять из разных типов радаров с разными характеристиками, такими как ширина луча, длина волны и калибровка. Эти различия необходимо учитывать при сопоставлении данных по сети, в частности, чтобы решить, какие данные использовать, когда два радара покрывают одну и ту же точку. Если используется более сильное эхо, но оно исходит от более удаленного радара, используются отраженные сигналы с большей высоты от дождя или снега, которые могут испариться, не достигнув земли ( вирга ). Если использовать данные с более близкого радара, они могут быть ослаблены во время грозы. Составные изображения осадков с помощью сети радаров создаются с учетом всех этих ограничений.

Автоматические алгоритмы [ править ]

Квадрат на этом доплеровском изображении был автоматически помещен программой радара для определения положения мезоциклона . Обратите внимание на дуплет на входе / выходе (синий / желтый) с линией нулевой скорости (серая), параллельной радиалу радара (вверху справа). Примечательно, что изменение направления ветра здесь происходит менее чем на 10 км.

Чтобы помочь метеорологам определять опасную погоду, в программы обработки метеорологических радаров были введены математические алгоритмы. Они особенно важны при анализе данных доплеровской скорости, поскольку они более сложные. Для данных поляризации даже потребуется больше алгоритмов.

Основные алгоритмы отражательной способности: [13]

  • Вертикально интегрированная жидкость (VIL) - это оценка общей массы осадков в облаках.
  • VIL Плотность - это VIL, деленная на высоту верхней границы облака. Это ключ к разгадке возможности сильного града во время грозы.
  • Потенциальный порыв ветра , который позволяет оценить ветер под облаком (нисходящий поток) с использованием VIL и высоты эхотопов (оцененная радаром вершина облака) для данной грозовой ячейки.
  • Алгоритмы града , оценивающие наличие града и его вероятный размер.

Основные алгоритмы для доплеровских скоростей: [13]

  • Обнаружение мезоциклона : оно запускается изменением скорости в небольшой круглой области. Алгоритм ищет « дублет » входящей / исходящей скоростей с нулевой линией скоростей между ними вдоль радиальной линии от радара. Обычно обнаружение мезоциклона должно быть обнаружено на двух или более сложенных друг за другом прогрессивных наклонах луча, чтобы указывать на вращение в грозовое облако.
  • Алгоритм TVS или Tornado Vortex Signature - это, по сути, мезоциклон с большим порогом скорости, обнаруживаемым при многих углах сканирования. Этот алгоритм используется в NEXRAD для индикации возможности образования торнадо.
  • Сдвиг ветра на малых высотах. Этот алгоритм обнаруживает изменение скоростей ветра от точки к точке в данных и ищет двойной входной / исходящий скорости с нулевой линией, перпендикулярной лучу радара. Сдвиг ветра связан с нисходящим потоком ( нисходящие порывы и микропорывы ), фронтами порывов ветра и турбулентностью при грозах.
  • Профиль ветра VAD (VWP) - это дисплей, который оценивает направление и скорость горизонтального ветра на различных верхних уровнях атмосферы с использованием техники, описанной в разделе Доплера.

Анимации [ править ]

Петля отражательной способности PPI (в дБз), показывающая эволюцию урагана

Анимация радаров может показать эволюцию характеристик отражательной способности и скорости. Пользователь может извлекать информацию о динамике метеорологических явлений, включая возможность экстраполировать движение и наблюдать за развитием или рассеянием. Это также может выявить неметеорологические артефакты (ложные эхо), которые будут обсуждаться позже.

Интегрированный дисплей радара с геопространственными элементами [ править ]

Карта презентации торнадо Джоплин 2011 года на RIDGE . [40]

Новое популярное представление данных метеорологических радиолокаторов в Соединенных Штатах - через интегрированный дисплей радара с геопространственными элементами (RIDGE), в котором данные радара проецируются на карту с геопространственными элементами, такими как топографические карты, шоссе, границы штата / округа и предупреждения о погоде. Проекция часто бывает гибкой, предоставляя пользователю выбор различных географических элементов. Он часто используется в сочетании с анимацией радиолокационных данных за определенный период времени. [41] [42]

Ограничения и артефакты [ править ]

Интерпретация радиолокационных данных зависит от многих гипотез об атмосфере и метеорологических целях, включая: [43]

  • Международная стандартная атмосфера .
  • Достаточно маленькие мишени, чтобы подчиняться рэлеевскому рассеянию, в результате чего отдача пропорциональна количеству осадков.
  • Объем, просканированный лучом, заполнен метеорологическими целями (дождь, снег и т. Д.), Все того же разнообразия и с одинаковой концентрацией.
  • Без затухания
  • Без усиления
  • Отдача от боковых лепестков луча незначительна.
  • Луч близок к кривой функции Гаусса с мощностью, уменьшающейся до половины на половине ширины.
  • Уходящая и возвращающаяся волны поляризованы одинаково.
  • От многократных отражений нет возврата.

Эти предположения не всегда выполняются; нужно уметь различать надежные и сомнительные эхо.

Аномальное распространение (нестандартная атмосфера) [ править ]

Первое предположение состоит в том, что луч радара движется по воздуху, который остывает с определенной скоростью с высотой. Положение эхо сильно зависит от этой гипотезы. Однако реальная атмосфера может сильно отличаться от нормы.

Суперрефракция [ править ]

Температурные инверсии часто образуются у земли, например, при охлаждении воздуха ночью, когда на воздухе остается тепло. Поскольку показатель преломления воздуха уменьшается быстрее, чем обычно, луч радара изгибается к земле вместо того, чтобы продолжать движение вверх. В конце концов, он упадет на землю и отразится обратно на радар. Затем программа обработки ошибочно разместит отраженные эхосигналы на той высоте и расстоянии, на которых они были бы в нормальных условиях. [43]

Этот тип ложного возврата относительно легко обнаружить во временной петле, если он вызван ночным охлаждением или морской инверсией, поскольку можно увидеть очень сильные эхосигналы, развивающиеся по площади, распространяющиеся по размеру, но не перемещающиеся и сильно изменяющиеся по интенсивности. Однако перед теплыми фронтами существует инверсия температуры, и затем аномальные эхо-сигналы смешиваются с реальным дождем.

Крайняя проблема этой проблемы заключается в том, что когда инверсия очень сильная и неглубокая, луч радара многократно отражается в сторону земли, поскольку он должен следовать по волноводному пути. Это создаст несколько полос сильных эхосигналов на радиолокационных изображениях.

Эта ситуация может быть обнаружена при инверсиях температуры наверху или быстром уменьшении влажности с высотой. [44] В первом случае это было бы трудно заметить.

Под преломлением [ править ]

С другой стороны, если воздух нестабилен и остывает с высотой быстрее, чем стандартная атмосфера, луч оказывается выше ожидаемого. [44] Это означает, что осадки выпадают выше фактической высоты. Такую ошибку трудно обнаружить без дополнительных данных о градиенте температуры для данной области.

Не-рэлеевские цели [ править ]

Если мы хотим достоверно оценить интенсивность осадков, цели должны быть в 10 раз меньше, чем волна радара согласно рэлеевскому рассеянию. [13] Это потому, что молекула воды должна быть возбуждена радиолокационной волной, чтобы дать ответ. Это относительно верно для дождя или снега, поскольку обычно используются радары с длиной волны 5 или 10 см.

Однако для очень больших гидрометеоров, поскольку длина волны порядка каменной, отдача стабилизируется согласно теории Ми . Возврат более 55 дБз, вероятно, будет результатом града, но он не будет меняться пропорционально размеру. С другой стороны, очень маленькие цели, такие как облачные капли, слишком малы для возбуждения и не дают регистрируемой отдачи на обычных метеорологических радарах.

Разрешение и частично заполненный отсканированный объем [ править ]

Профиль грозы с высоким разрешением (вверху) и метеорологическим радаром (внизу).
Гроза сверхъячейки, видимая с двух радаров, почти совмещена. Верхнее изображение взято из TDWR, а нижнее - из NEXRAD .

Как было показано в начале статьи, лучи радара имеют физический размер, и данные отбираются под дискретными углами, а не непрерывно, вдоль каждого угла места. [43] Это приводит к усреднению значений возвращаемых данных для отражательной способности, скорости и данных поляризации на отсканированном объеме с разрешением.

На рисунке слева вверху показан вид грозы, сделанный прибором для определения профиля ветра, когда она проходила над головой. Это похоже на вертикальный разрез облака с разрешением 150 метров по вертикали и 30 метров по горизонтали. Отражательная способность сильно изменяется на коротком расстоянии. Сравните это с смоделированным изображением того, что видел бы обычный метеорологический радар на расстоянии 60 км, в нижней части рисунка. Все разгладилось. Не только более грубое разрешение радара размывает изображение, но и зондирование включает в себя области, свободные от эха, таким образом расширяя грозу за ее реальные границы.

Это показывает, что выходные данные метеорологического радара являются лишь приближением к реальности. На изображении справа сравниваются реальные данные двух почти размещенных радаров. TDWR имеет около половины ширины луча других , и можно видеть два раза больше деталей , чем с NEXRAD.

Разрешение можно улучшить с помощью более нового оборудования, но некоторые вещи - нет. Как упоминалось ранее, сканируемый объем увеличивается с увеличением расстояния, поэтому также увеличивается вероятность того, что луч заполнен только частично. Это приводит к недооценке количества осадков на больших расстояниях и вводит пользователя в заблуждение, заставляя думать, что по мере удаления дождь становится слабее.

Геометрия балки [ править ]

Луч радара имеет распределение энергии, подобное дифракционной картине света, проходящего через щель. [13] Это связано с тем, что волна передается на параболическую антенну через щель в волноводе в фокусной точке. Большая часть энергии находится в центре луча и уменьшается по кривой, близкой к функции Гаусса с каждой стороны. Тем не менее, есть вторичные пики излучения, которые будут отбирать объекты под углом, отклоняющимся от центра. Разработчики пытаются минимизировать мощность, передаваемую такими лепестками, но полностью исключить их невозможно.

Когда вторичный лепесток попадает в отражающую цель, такую ​​как гора или сильная гроза, часть энергии отражается на радар. Эта энергия относительно мала, но приходит в то же время, когда центральный пик освещает другой азимут. Таким образом, программа обработки неуместна эхо. Это имеет эффект фактического расширения реального эхо-сигнала погоды, создавая размытие более слабых значений с каждой стороны от него. Это заставляет пользователя переоценивать степень реального эхо. [43]

Непогодные цели [ править ]

В небе больше, чем дождь и снег. Другие объекты могут быть ошибочно приняты метеорологическими радарами как дождь или снег. Насекомые и членистоногие уносятся господствующими ветрами, а птицы следуют своим курсом. [45] Таким образом, тонкие линии на изображениях метеорологических радиолокаторов, связанные со сходящимися ветрами, во многом зависят от возвращений насекомых. [46] Миграция птиц, которая, как правило, происходит в ночное время в пределах 2000 метров нижнего слоя атмосферы Земли , загрязняет профили ветра, полученные с помощью метеорологического радара, особенно WSR-88D , за счет увеличения отражения ветра в окружающей среде на 30–60 км / час. [47] Другие объекты на радиолокационных изображениях включают: [43]

  • Тонкие металлические полоски ( мякина ) сбрасываются с военных самолетов, чтобы обмануть врагов.
  • Твердые препятствия, такие как горы, здания и самолеты.
  • Беспорядок на земле и на море.
  • Отражения от близлежащих построек («городские шипы»).

Такие посторонние предметы имеют характеристики, позволяющие обученному глазу различать их. Также возможно устранить некоторые из них с помощью последующей обработки данных с использованием данных отражательной способности, доплеровского сдвига и поляризации.

Ветряные электростанции [ править ]

Отражательная способность (слева) и лучевые скорости (справа) к юго-востоку от метеорологического радара NEXRAD. Эхо в кругах от ветряной электростанции.

Вращающиеся лопасти ветряных мельниц на современных ветряных электростанциях могут возвращать луч радара на радар, если они находятся на его пути. Поскольку лопасти движутся, эхо-сигналы будут иметь скорость, и их можно будет принять за реальные осадки. [48] Чем ближе ветряная электростанция, тем сильнее отдача, и комбинированный сигнал от многих башен сильнее. В некоторых условиях радар может даже видеть скорости в направлении и в сторону, которые создают ложные срабатывания алгоритма сигнатуры вихрей торнадо на метеорологическом радаре; такое событие произошло в 2009 году в Додж-Сити, штат Канзас . [49]

Как и в случае с другими структурами, стоящими в луче, ослабление отраженных сигналов радара от ветряных мельниц также может привести к недооценке.

Затухание [ править ]

Пример сильного затухания, когда линия грозы перемещается (слева направо) над метеорологическим радаром с длиной волны 5 см (красная стрелка). Источник: Environment Canada.

Микроволны, используемые в метеорологических радарах, могут поглощаться дождем в зависимости от используемой длины волны. Для 10-сантиметровых радаров это ослабление незначительно. [13] По этой причине страны с сильными штормами используют длину волны 10 см, например NEXRAD в США. Стоимость более крупной антенны, клистрона и другого сопутствующего оборудования компенсируется этим преимуществом.

Для 5-сантиметрового радара поглощение становится важным при сильном дожде, и это затухание приводит к недооценке эхосигналов во время сильной грозы и за ее пределами. [13] Канада и другие северные страны используют этот менее дорогостоящий вид радара, так как осадки в таких районах обычно менее интенсивны. Однако пользователи должны учитывать эту характеристику при интерпретации данных. На изображениях выше показано, как кажется, что сильная линия эхо-сигналов исчезает при движении над радаром. Чтобы компенсировать это поведение, радиолокационные станции часто выбираются таким образом, чтобы их зона покрытия частично перекрывалась, чтобы получить разные точки обзора одних и тех же штормов.

Более короткие волны ослабляются еще сильнее и полезны только на радарах малого радиуса действия [13] . Многие телевизионные станции в Соединенных Штатах имеют 5-сантиметровые радары для покрытия своей аудитории. Знание их ограничений и использование их с местным NEXRAD может дополнить данные, доступные метеорологу.

В связи с распространением радиолокационных систем с двойной поляризацией, надежные и эффективные подходы к компенсации ослабления в дожде в настоящее время применяются оперативными метеорологическими службами. [50] [51] [52]

Яркая полоса [ править ]

Высота 1,5 км CAPPI вверху с сильным загрязнением от яркой полосы (желтые). Вертикальный разрез внизу показывает, что этот сильный возврат происходит только над землей.

Отражательная способность луча радара зависит от диаметра цели и ее способности отражать. Снежинки большие, но слабо отражающие, а капли дождя маленькие, но хорошо отражающие. [13]

Когда снег падает через слой выше температуры замерзания, он тает в дождь. Используя уравнение отражательной способности, можно продемонстрировать, что отдача от снега до таяния и дождя после него не слишком различается, поскольку изменение диэлектрической проницаемости компенсирует изменение размера. Однако во время процесса таяния радарная волна «видит» нечто вроде очень больших капель, когда снежинки покрываются водой. [13]

Это дает повышенную отдачу, которую можно принять за более сильные осадки. На PPI это будет проявляться как интенсивное кольцо осадков на высоте, где луч пересекает уровень таяния, в то время как на серии CAPPI только те, которые находятся рядом с этим уровнем, будут иметь более сильное эхо. Хороший способ подтвердить яркость полосы - это сделать вертикальное поперечное сечение данных, как показано на рисунке выше. [43]

Противоположная проблема заключается в том, что изморось (осадки с небольшим диаметром капель воды) обычно не обнаруживаются на радаре, потому что отражения радара пропорциональны диаметру капли в шестой степени.

Множественные отражения [ править ]

Предполагается, что луч попадает в метеорологические цели и возвращается прямо на радар. На самом деле энергия отражается во всех направлениях. По большей части он слабый, а многократные отражения еще больше уменьшают его, так что то, что может в конечном итоге вернуться на радар после такого события, незначительно. Однако в некоторых ситуациях антенна радара может принимать многократно отраженный луч радара. [13] Например, когда луч попадает в град, энергия, распространяемая в сторону влажной земли, будет отражаться обратно в град, а затем в радар. Результирующее эхо слабое, но заметное. Из-за дополнительной длины пути, по которой он должен пройти, он достигает антенны позже и располагается дальше, чем ее источник. [53] Это дает своего рода треугольник ложных более слабых отражений, расположенных радиально позади града.[43]

Решения для настоящего и будущего [ править ]

Фильтрация [ править ]

Радиолокационное изображение отражательной способности с множеством непогодных эхосигналов.
То же изображение, но очищенное с использованием доплеровских скоростей.

Эти два изображения показывают, что в настоящее время может быть достигнуто для очистки данных радара. Выходные данные слева сделаны с исходными данными, поэтому определить реальную погоду сложно. Поскольку дождевые и снежные облака обычно движутся, можно использовать доплеровские скорости, чтобы устранить значительную часть помех (эхо-сигналы от земли, отражения от зданий, воспринимаемые как городские шипы, аномальное распространение). Изображение справа было отфильтровано с использованием этого свойства.

Однако не все неметеорологические цели остаются неподвижными (птицы, насекомые, пыль). Другие, например яркая полоса, зависят от структуры осадков. Поляризация предлагает прямую типизацию эхо-сигналов, которые можно использовать для фильтрации большего количества ложных данных или создания отдельных изображений для специальных целей, таких как подмножества помех, птиц и т. Д. [54] [55]

Mesonet [ править ]

Метеорологический радар с фазированной решеткой в Нормане, Оклахома

Другой вопрос - разрешение. Как упоминалось ранее, данные радара представляют собой среднее значение сканированного лучом объема. Разрешение можно улучшить с помощью антенны большего размера или более плотных сетей. Программа Центра совместного адаптивного зондирования атмосферы (CASA) направлена ​​на дополнение к обычной сети NEXRAD (сеть в Соединенных Штатах) с использованием многих недорогих метеорологических радаров X-диапазона (3 см), установленных на вышках сотовой телефонной связи. [56] [57] Эти радары будут разделять большую площадь NEXRAD на более мелкие области, чтобы смотреть на высотах ниже ее наименьшего угла. Это даст информацию, недоступную в настоящее время.

При использовании 3-сантиметровых радаров антенна каждого радара мала (около 1 метра в диаметре), но разрешение на небольшом расстоянии такое же, как у NEXRAD. Затухание является значительным из-за используемой длины волны, но каждая точка в зоне покрытия видна множеством радаров, каждый из которых смотрит с другого направления и компенсирует потерю данных от других. [56]

Стратегии сканирования [ править ]

Количество сканированных высот и время, необходимое для полного цикла, зависят от погодной ситуации. Например, при небольшом количестве осадков или их отсутствии в схеме можно ограничить самые низкие углы и использовать более длинные импульсы для обнаружения сдвига ветра у поверхности. С другой стороны, в ситуациях сильной грозы лучше сканировать под большим количеством углов, чтобы как можно чаще получать трехмерное изображение осадков. Для смягчения этих различных требований были разработаны стратегии сканирования в зависимости от типа радара, используемой длины волны и наиболее распространенных погодных условий в рассматриваемой области.

Одним из примеров стратегии сканирования является радарная сеть NEXRAD в США, которая со временем развивалась. Например, в 2008 г. было добавлено дополнительное разрешение данных [58], а в 2014 г. - дополнительное внутрицикловое сканирование минимальной высоты ( MESO-SAILS [59] ).

Электронное звучание [ править ]

Своевременность также требует улучшения. Поскольку между полными сканированиями метеорологического радара проходит от 5 до 10 минут, многие данные теряются из-за грозы. РЛС с фазированной решеткой проходит испытания в Национальной лаборатории сильных штормов в Norman, Оклахома, чтобы ускорить сбор данных. [60] Группа специалистов из Японии также развернула радар с фазированной антенной решеткой для 3D NowCasting в Передовом институте вычислительных наук RIKEN (AICS). [61]

Специализированные приложения [ править ]

Метеорологический радар Global Express с поднятым обтекателем

Метеорологический радар авионики [ править ]

Применение радарных систем в самолетах включает метеорологические радары, системы предотвращения столкновений, слежения за целями, приближения к земле и другие системы. Для коммерческих метеорологических радаров ARINC 708 является основной спецификацией для систем метеорологических радаров, использующих бортовой импульсный доплеровский радар .

Антенны [ править ]

В отличие от наземного метеорологического радара, который установлен под фиксированным углом, бортовой метеорологический радар используется из носа или крыла самолета. Самолет будет не только двигаться вверх, вниз, влево и вправо, но он также будет катиться. Чтобы компенсировать это, антенна связана и откалибрована с вертикальным гироскопом.расположен на самолете. Таким образом, пилот может установить угол наклона антенны, который позволит стабилизатору удерживать антенну в правильном направлении при умеренных маневрах. Маленькие серводвигатели не смогут угнаться за резкими маневрами, но постараются. При этом пилот может настроить радар так, чтобы он указывал на интересующую погодную систему. Если самолет находится на малой высоте, пилот может установить радар над линией горизонта, чтобы минимизировать помехи от земли на дисплее. Если самолет находится на очень большой высоте, пилот установит радар под низким или отрицательным углом, чтобы направить радар в сторону облаков, где бы они ни находились относительно самолета. Если самолет изменит свое положение, стабилизатор настроится соответствующим образом, чтобы пилот неПриходится летать одной рукой, а другой настраивать радар.[62]

Приемники / передатчики [ править ]

Говоря о приемнике / передатчике, можно выделить две основные системы: первая - это системы высокой мощности, а вторая - системы малой мощности; оба работают в X-диапазонечастотный диапазон (8000 - 12500 МГц). Системы с высокой мощностью работают от 10 000 до 60 000 Вт. Эти системы состоят из довольно дорогих магнетронов (примерно 1700 долларов), которые допускают значительный шум из-за нарушений в работе системы. Таким образом, эти системы очень опасны для возникновения дуги и небезопасны для использования рядом с наземным персоналом. Однако альтернативой могут стать маломощные системы. Эти системы работают от 100 до 200 Вт и требуют комбинации приемников с высоким коэффициентом усиления, сигнальных микропроцессоров и транзисторов, чтобы работать так же эффективно, как и системы с высокой мощностью. Сложные микропроцессоры помогают устранить шум, обеспечивая более точное и детальное изображение неба. Кроме того, поскольку в системе меньше неровностей, маломощные радары могут использоваться для обнаружения турбулентности с помощью эффекта Доплера.Поскольку маломощные системы работают при значительно меньшей мощности, они защищены отискрение и может использоваться практически в любое время. [62] [63]

Отслеживание грозы [ править ]

Прогноз текущей грозы из системы AutoNowcaster

Цифровые радиолокационные системы теперь имеют возможности, намного превосходящие возможности их предшественников. Цифровые системы теперь предлагают наблюдение за грозой . Это дает пользователям возможность получать подробную информацию о каждом отслеживаемом грозовом облаке. Грозы сначала идентифицируются путем сопоставления необработанных данных об осадках, полученных от импульса радара, с каким-то шаблоном, предварительно запрограммированным в системе. Чтобы можно было идентифицировать грозу, она должна соответствовать строгим определениям интенсивности и формы, которые отличают ее от любых неконвективных облаков. Обычно он должен демонстрировать признаки организации по горизонтали и непрерывности по вертикали: ядро ​​или более интенсивный центр, который необходимо идентифицировать и отслеживать с помощью цифровых радиолокационных трекеров . [23] [64] Как только грозовая ячейка идентифицирована, скорость, пройденное расстояние, направление и расчетное время прибытия (ETA) отслеживаются и записываются для дальнейшего использования.

Доплеровский радар и миграция птиц [ править ]

Использование доплеровского метеорологического радиолокатора не ограничивается определением местоположения и скорости выпадения осадков , но он может отслеживать миграции птиц, а также их можно увидеть в разделе непогодных целей . В радиоволнах разосланы радары отскакивают от дождя и птиц , так (или даже насекомых , как бабочки ). [65] [66] В США Национальная служба погоды , к примеру, уже сообщили, что полеты птиц появляются на своих радаров , как облака , а затем исчезают , когда земля птиц. [67] [68] Национальная метеорологическая служба США в Сент-Луисе даже сообщила о том, что на их радарах появляются бабочки-монархи .[69]

В различных программах в Северной Америке используются обычные метеорологические радиолокаторы и специализированные радиолокационные данные для определения маршрутов, высоты полета и времени миграции. [70] [71] Это полезная информация при планировании размещения и эксплуатации ветряных ферм, с целью снижения смертности птиц, безопасности полетов и других мер управления дикой природой. В Европе были аналогичные разработки и даже комплексная программа прогнозирования авиационной безопасности, основанная на обнаружении радаров. [72]

Обнаружение падения метеорита [ править ]

Радиолокационное изображение NOAA NEXRAD Паркового леса, штат Иллинойс, падения метеорита 26 марта 2003 г.

Справа - изображение, показывающее Парк-Форест, штат Иллинойс, падение метеорита, которое произошло 26 марта 2003 года. Красно-зеленая особенность в верхнем левом углу - это движение облаков возле самого радара, а внутри него видны следы падающих метеоритов. желтый эллипс в центре изображения. Перемешанные красные и зеленые пиксели указывают на турбулентность, в данном случае возникающую из-за падающих высокоскоростных метеоритов.

По данным Американского метеоритного общества , где-то на Земле ежедневно происходят падения метеоритов. [73] Однако база данных о падениях метеоритов по всему миру, которую ведет Метеоритное общество, обычно регистрирует только около 10-15 новых падений метеоритов ежегодно [74]

Метеориты возникают, когда метеороид падает в атмосферу Земли, образуя оптически яркий метеор за счет ионизации и нагрева от трения. Если метеороид достаточно большой и скорость падения достаточно низкая, уцелевшие метеориты достигнут земли. Когда падающие метеориты замедляются ниже 2–4 км / с, обычно на высоте от 15 до 25 км, они больше не генерируют оптически яркий метеор и переходят в «темный полет». Из-за этого большая часть метеоритов падает в океаны днем ​​или иным образом остается незамеченной.

Именно в темноте падающие метеориты обычно падают через объемы взаимодействия большинства типов радаров. Было продемонстрировано, что с помощью различных исследований можно идентифицировать падающие метеориты на изображениях метеорологических радиолокаторов. [75] [76] [77] [78] [79] [80] Это особенно полезно для обнаружения метеоритов, поскольку метеорологические радары являются частью широко распространенных сетей и непрерывно сканируют атмосферу. Более того, метеориты вызывают возмущение местных ветров турбулентностью, что заметно на доплеровских выходных сигналах, и падают почти вертикально, так что их место на земле близко к их радиолокационной сигнатуре.

См. Также [ править ]

  • Обратное рассеяние
  • Столб парикмахера
  • Lockheed WP-3D Orion (P-3)
  • Национальная лаборатория исследования ураганов
  • ОУ-ПРАЙМ

Примечания [ править ]

  1. ^ Атлас, Дэвид , изд. (1990). Радар в метеорологии . Мемориал Баттана и 40-я юбилейная конференция по радиолокационной метеорологии. Бостон, Массачусетс: AMS . DOI : 10.1007 / 978-1-935704-15-7 . ISBN 978-0-933876-86-6.ISBN  978-1-935704-15-7 , 806 страниц, код AMS RADMET.
  2. ^ Дуглас, RH (2000). "Группа штормовой погоды" . Университет Макгилла . Архивировано из оригинала 6 июля 2011 года . Проверено 21 мая 2006 года .
  3. ^ Дуглас, RH (1990). «Глава 8 - Группа штормовой погоды (Канада)». В Атласе, Дэвид (ред.). Радар в метеорологии . Мемориал Баттана и 40-я юбилейная конференция по радиолокационной метеорологии. Бостон, Массачусетс: AMS . С. 61–68. DOI : 10.1007 / 978-1-935704-15-7 . ISBN 978-1-935704-15-7.
  4. ^ "Сгруппированные экспонаты | иллюстрированы в основном | фотографиями полетов | 1950 | 1758 | Flight Archive" .
  5. ^ «Первые наблюдения метеорологического радиолокатора с эхолотом торнадо» . Государственный университет Колорадо . 2008 . Проверено 30 января 2008 года .
  6. Меган Гарбер (29 октября 2012 г.). Дэн Рэзер показал первое радиолокационное изображение урагана по телевизору . Атлантика (Отчет).
  7. ^ a b c Кобб, Сьюзен (29 октября 2004 г.). «Основные моменты разработки метеорологических радаров Национальной лаборатории сильных штормов за первые 40 лет» . Журнал NOAA . Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Архивировано из оригинального 15 февраля 2013 года . Проверено 7 марта 2009 года .
  8. ^ «Инструменты исследования NSSL: радар» . NSSL. Архивировано из оригинального 14 октября 2016 года . Проверено 1 марта 2014 года .
  9. ^ Крозье, CL; Джо, ИП; Скотт, JW; Herscovitch, HN; Николс, Т.Р. (1991). «Оперативный доплеровский радар в городе Кинг-Сити: разработка, всесезонное применение и прогнозирование». Атмосфера-Океан . 29 (3): 479–516. DOI : 10.1080 / 07055900.1991.9649414 .
  10. ^ "Информация о канадской радиолокационной сети" . Национальная радиолокационная программа . Окружающая среда Канады. 2002. Архивировано из оригинального 29 июня 2004 года . Источник +14 Июня 2006 .
  11. ^ [url = http://ams.confex.com/ams/pdfpapers/96217.pdf ] Проект PANTHERE и развитие французской оперативной радиолокационной сети и продуктов: оценка дождя, доплеровский ветер и двойная поляризация , Parent du Châtelet , Жак и др. Météo-France (2005) 32-я радарная конференция Американского метеорологического общества , Альбукерке, штат Нью-Мексико
  12. ^ a b Национальная служба погоды (25 апреля 2013 г.). «Радар с двойной поляризацией: ступеньки к построению нации, готовой к погодным условиям» . NOAA . Проверено 26 апреля 2013 года .
  13. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s Довяк, RJ; Зрник, Д.С. (1993). Доплеровский радар и метеорологические наблюдения (2-е изд.). Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. ISBN 978-0-12-221420-2.
  14. ^ (на английском языке) «Громкость пульса» . Глоссарий метеорологии . Американское метеорологическое общество. 2012 . Проверено 14 февраля 2021 года .
  15. ^ де Подеста, М (2002). Понимание свойств материи . CRC Press. п. 131. ISBN. 978-0-415-25788-6.
  16. ^ Довяк, RJ; Зрник, Д.С. (1993). «ATMS 410 - Радиолокационная метеорология: распространение луча» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 15 июня 2010 года . Проверено 19 февраля 2013 года .
  17. Airbus (14 марта 2007 г.). «Информационные заметки о полете: оптимальное использование метеорологических радиолокаторов при работе в неблагоприятных погодных условиях» (PDF) . SKYbrary. п. 2 . Проверено 19 ноября 2009 года .
  18. Перейти ↑ Skolnik, Merrill I. (22 января 2008 г.). «1.2» (PDF) . Справочник по радарам (3-е изд.). Макгроу-Хилл . ISBN  9780071485470. Проверено 1 апреля 2016 года .
  19. Перейти ↑ Skolnik, Merrill I. (22 января 2008 г.). «19,2» (PDF) . Справочник по радарам (3-е изд.). Макгроу-Хилл. ISBN  9780071485470. Проверено 1 апреля 2016 года .
  20. ^ Яу, МК; Роджерс, Р.Р. (1989). Краткий курс физики облаков (3-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-08-034864-3.
  21. ^ Национальная служба погоды. «Что означают цвета в отражающей продукции?» . WSR-88D: часто задаваемые вопросы о радаре . Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Проверено 20 августа 2019 .
  22. ^ Stoen, Hal (27 ноября 2001). «Авиационный метеорологический радар» . Указатель авиационных учебных пособий . stoenworks.com. Архивировано из оригинала 19 декабря 2002 года . Проверено 15 декабря 2009 года .
  23. ^ a b c Хаби, Джефф. «Зимний метеорологический радар» . Прогноз зимних осадков в Интернете . theweatherprediction.com . Проверено 14 декабря 2009 года .
  24. ^ "Карты типов осадков" . Типы карт . Сеть погоды . Проверено 14 декабря 2009 года .
  25. ^ a b c Кэри, Ларри (2003). «Лекция о поляриметрическом радаре» (PDF) . Техасский университет A&M . Архивировано 3 марта 2016 года из оригинального (PDF) . Проверено 21 мая 2006 года .
  26. ^ Schuur, Терри. "Что измеряет поляриметрический радар?" . CIMMS . Национальная лаборатория сильных штормов . Проверено 19 апреля 2013 года .
  27. ^ «Вопросы и ответы по обновлению радара с двойной поляризацией» (PDF) . 3 августа 2012 . Дата обращения 9 мая 2013 .
  28. ^ Национальная служба погоды. Вопросы и ответы по обновлению радара с двойной поляризацией (PDF) . NOAA . Проверено 18 апреля 2013 года .
  29. ^ Schuur, Терри. «Каким образом поляриметрические радиолокационные измерения могут привести к улучшению прогнозов погоды?» . CIMMS . Национальная лаборатория сильных штормов . Проверено 19 апреля 2013 года .
  30. ^ Шурр, Терри; Heinselman, P .; Шарфенберг, К. (октябрь 2003 г.). Обзор совместного эксперимента по поляризации (PDF) . NSSL и CIMMS . Проверено 19 апреля 2013 года .
  31. ^ Фабри, Фредерик; Радарная обсерватория Дж. С. Маршалла . «Определение: двойная поляризация» . Университет Макгилла . Архивировано из оригинального 10 июня 2008 года . Проверено 18 апреля 2013 года .
  32. ^ JS Marshall Radar Observatory . «Целевая идентификация радарных изображений PPI 0,5 градуса» . Университет Макгилла . Проверено 18 апреля 2013 года .
  33. ^ Рыжков; Джангранде; Краузе; Парк; Шуур; Мельников. «Поляриметрическая классификация гидрометеоров и оценка количества осадков для лучшего обнаружения и прогнозирования погодных явлений со значительными последствиями, включая внезапные наводнения» . Доплеровский метеорологический радар. Исследования и разработки . CIMMS . Архивировано из оригинала 3 июня 2009 года . Проверено 12 февраля 2009 года .
  34. ^ Довяк, RJ; Зрник, Д.С. (1993). Доплеровский радар и метеорологические наблюдения . Калифорнийский университет в Сан-Диего : Academic Press. п. 562.
  35. ^ Правительство Канады (25 января 2012 г.). «Инфраструктура мониторинга погоды» . Окружающая среда Канады . Проверено 29 октября 2012 года .
  36. ^ Родитель дю Шатле, Жак; Метео-Франс ; и другие. (2005). "Le projet PANTHERE" (PDF) . Радар 32-й конференции, Альбукерке , Нью-Мексико . Американское метеорологическое общество .
  37. Фабри, Фредерик (август 2010). «Радиальная скорость CAPPI» . Примеры данных дистанционного зондирования прибором . Радарная обсерватория Дж. С. Маршалла . Проверено 14 июня 2010 года .
  38. ^ Harasti, Paul R .; МакАди, Колин Дж .; Додж, Питер П .; Ли, Вен-Чау; Таттл, Джон; Мурильо, Ширли Т .; Маркс, Фрэнк Д. младший (апрель 2004 г.). «Реализация в реальном времени методов анализа одиночного доплеровского радара для тропических циклонов: усовершенствования алгоритмов и использование с данными дисплея WSR-88D» . Погода и прогнозирование . 19 (2): 219–239. Bibcode : 2004WtFor..19..219H . DOI : 10,1175 / 1520-0434 (2004) 019 <0219: RIOSRA> 2.0.CO; 2 .
  39. ^ "CAPPI: индикатор положения плана постоянной высоты" (PDF) . Руководство по продукту и дисплею IRIS: Настройка продуктов IRIS . SIGMET. Ноября 2004 . Проверено 9 июня 2009 года . [ постоянная мертвая ссылка ]
  40. ^ Национальная служба погоды. «РИДЖ-презентация торнадо Джоплин 2011 года» . Национальное управление океанических и атмосферных исследований. Архивировано из оригинального 28 октября 2011 года . Проверено 12 июля 2011 года .
  41. ^ Доплеровский радар - RIDGE (интегрированный радарный дисплей с геопространственными элементами) [ постоянная мертвая ссылка ] , Национальная служба погоды (Техасское географическое общество - 2007)
  42. Национальная служба погоды (31 января 2011 г.). «Загрузка радиолокационных изображений RIDGE» . Онлайн-школа погоды Jetstream . Национальное управление океанических и атмосферных исследований. Архивировано из оригинального 16 сентября 2011 года . Проверено 12 июля 2011 года .
  43. ^ a b c d e f g "Общие ошибки в интерпретации радара" . Окружающая среда Канады. Архивировано из оригинала на 30 июня 2006 года . Проверено 23 июня 2007 года .
  44. ^ a b Хербстер, Крис (3 сентября 2008 г.). «Аномальное распространение (АП)» . Введение в NEXRAD Anomalies . Эмбри-Риддлский авиационный университет . Проверено 11 октября 2010 года .
  45. ^ Диана Йейтс (2008). Новое исследование показывает, что по ночам птицы мигрируют вместе рассредоточенными стаями. Университет Иллинойса в Урбане - Шампейн. Проверено 26 апреля 2009 г.
  46. ^ Барт Гертс и Дэйв Леон (2003). P5A.6 Мелкомасштабная вертикальная структура холодного фронта, обнаруженная бортовым радаром на частоте 95 ГГц. Университет Вайоминга . Проверено 26 апреля 2009 г.
  47. ^ Томас А. Niziol (1998). Загрязнение ветров WSR-88D VAD из-за миграции птиц: тематическое исследование. Восточный регион Операционная записка WSR-88D № 12, август 1998 г. Проверено 26 апреля 2009 г.
  48. National Weather Service Office, Buffalo NY (8 июня 2009 г.). "Помехи ветряной электростанции обнаруживаются на доплеровском радаре" . Национальное управление океанических и атмосферных исследований. Архивировано из оригинального 20 июня 2009 года . Проверено 1 сентября 2009 года .
  49. Ламмерс, Дирк (29 августа 2009 г.). «Ветряные электростанции могут показаться синоптикам зловещими» . Хьюстонские хроники . Ассошиэйтед Пресс . Архивировано из оригинального 31 августа 2009 года . Проверено 1 сентября 2009 года .
  50. ^ Testud, J .; Le Bouar, E .; Obligis, E .; Али-Мехенни, М. (2000). «Алгоритм профилирования дождя, применяемый к поляриметрическому метеорологическому радару» . J. Atmos. Oceanic Technol . 17 (3): 332–356. Bibcode : 2000JAtOT..17..332T . DOI : 10,1175 / 1520-0426 (2000) 017 <0332: TRPAAT> 2.0.CO; 2 .
  51. ^ Vulpiani, G .; Tabary, P .; Parent-du-Chatelet, J .; Марцано, ФС (2008). «Сравнение передовых методов радиолокационной поляриметрии для оперативной коррекции затухания в диапазоне C» . J. Atmos. Oceanic Technol . 25 (7): 1118–1135. Bibcode : 2008JAtOT..25.1118V . DOI : 10.1175 / 2007JTECHA936.1 . S2CID 55123714 . 
  52. ^ Кэри, LD; Ратледж, SA; Ахиевич Д.А.; Кинан, Т. Д. (2000). «Коррекция эффектов распространения в поляриметрических радиолокационных наблюдениях тропической конвекции в диапазоне C с использованием дифференциальной фазы распространения». J. Appl. Meteorol . 39 (9): 1405–1433. Bibcode : 2000JApMe..39.1405C . CiteSeerX 10.1.1.324.4101 . DOI : 10,1175 / 1520-0450 (2000) 039 <1405: CPEICB> 2.0.CO; 2 . 
  53. Перейти ↑ Lemon, Leslie R. (июнь 1998 г.). "Трехчастный спайк рассеивания радара": оперативная сигнатура большого града ". Погода и прогнозирование . 13 (2): 327–340. Bibcode : 1998WtFor..13..327L . DOI : 10,1175 / 1520-0434 (1998) 013 <0327: TRTBSS> 2.0.CO; 2 . ISSN 1520-0434 . 
  54. ^ Голбон-Хагиги, MH; Чжан Г. (июль 2019 г.). «Обнаружение помех от земли для метеорологического радара с двойной поляризацией с использованием новой 3D-дискриминантной функции». Журнал атмосферных и океанических технологий . 36 (7): 1285–1296. Bibcode : 2019JAtOT..36.1285G . DOI : 10,1175 / JTECH D-18-0147.1 .
  55. ^ Голбон-Хагиги, MH; Zhang G .; Li Y .; Довяк Р. (июнь 2016). «Обнаружение помех от земли с помощью метеорологического радара с использованием метода двойной поляризации и двойного сканирования» . Атмосфера . 7 (6): 83. Bibcode : 2016Atmos ... 7 ... 83G . DOI : 10.3390 / atmos7060083 .
  56. ^ а б Дэвид, Маклафлин; и другие. (Декабрь 2009 г.). «Коротковолновые технологии и потенциал для распределенных сетей малых радиолокационных систем». Бюллетень Американского метеорологического общества . 90 (12): 1797–1817. Bibcode : 2009BAMS ... 90.1797M . CiteSeerX 10.1.1.167.2430 . DOI : 10.1175 / 2009BAMS2507.1 . ISSN 1520-0477 . S2CID 2391544 .   
  57. ^ «Список лекций по CASA» . Американское метеорологическое общество . 2005 . Проверено 31 августа 2010 года .
  58. ^ «RPG SW BUILD 10.0 - ВКЛЮЧАЕТ ОТЧЕТНОСТЬ ДЛЯ SW 41 RDA» . Центр управления радаром . Национальное управление океанических и атмосферных исследований.
  59. ^ Поддержка WDT (7 июля 2015 г.). «Что такое режим ПАРУСА» . Радароскоп . Архивировано из оригинала 4 февраля 2017 года . Дата обращения 9 февраля 2017 .
  60. ^ Национальная лаборатория сильных штормов. «Новая радиолокационная технология может увеличить время подготовки предупреждений о торнадо» (PDF) . Национальное управление океанических и атмосферных исследований. Архивировано из оригинального (PDF) 27 мая 2010 года . Проверено 29 сентября 2009 года .
  61. Оцука, Сигенори; Туэрхонг, Гуланбайер; Кикучи, Рёта; Китано, Йошиказу; Танигучи, Юсуке; Руис, Хуан Хосе; Сато, Синсукэ; Ушио, Томоо; Миёси, Такемаса (февраль 2016 г.). «Прогнозирование осадков с трехмерной пространственно-временной экстраполяцией плотных и частых наблюдений метеорологических радиолокаторов с фазированной решеткой». Погода и прогнозирование . 31 (1): 329–340. Bibcode : 2016WtFor..31..329O . DOI : 10.1175 / WAF-D-15-0063.1 . ISSN 0882-8156 . 
  62. ^ a b Корпорация Бендикс. Дивизион авионики. Метеорологический радар RDR-1200. Rev. Jul / 73 ed. Форт-Лодердейл: Бендикс, Подразделение авионики, 1973.
  63. ^ Барр, Джеймс К. Метеорологический радар. 1-е изд. Эймс: Университет штата Айова, 1993.
  64. ^ «IntelliWeather StormPredator» . IntelliWeather Inc. 2008 . Проверено 26 ноября 2011 года .
  65. ^ "Обнаружение птиц через Dopplar Radar" . srh.noaa.gov . Архивировано из оригинального 30 октября 2015 года . Дата обращения 9 ноября 2015 .
  66. ^ Диана Йейтс (2008). «Птицы мигрируют ночью вместе рассредоточенными стаями, - указывает новое исследование» . Урбана - Шампейн, Иллинойс: Университет Иллинойса . Дата обращения 9 ноября 2015 .
  67. ^ «Как миграции птиц красиво обнаруживаются на доплеровском радаре» . Smithsonian.com . Дата обращения 9 ноября 2015 .
  68. ^ "После миграции птиц с Допплером" . aba блог . 10 апреля 2011 . Дата обращения 9 ноября 2015 .
  69. ^ "Бабочка-монарх" . Monarch-Butterfly.com . Дата обращения 9 ноября 2015 .
  70. ^ Диль, Роберт Х .; Ларкин, Рональд П .; Блэк, Джон Э. (апрель 2003 г.). «Радиолокационные наблюдения за миграцией птиц над Великими озерами». Аук . 120 (2): 278–290. DOI : 10,1642 / 0004-8038 (2003) 120 [0278: ROOBMO] 2.0.CO; 2 . ISSN 1938-4254 . 
  71. ^ Ганьон, Франсуа; Белисль, Марк; Ибарзабал, Жак; Вайанкур, Пьер; Савар, Жан-Пьер Л. (январь 2010 г.). «Сравнение ночного слухового подсчета воробьиных птиц и отражательной способности радара с канадского метеорологического радара» (PDF) . Аук . 127 (1): 119–128. DOI : 10,1525 / auk.2009.09080 . ISSN 1938-4254 . S2CID 84619921 .   
  72. ^ "Модуль прогнозирования миграции птиц FlySafe" . /www.flysafe-birdtam.eu . Дата обращения 9 ноября 2015 ..
  73. ^ "Часто задаваемые вопросы о Fireball" . Американское метеорное общество . Проверено 28 февраля 2017 года .
  74. ^ «Метеоритный бюллетень: поиск в базе данных» . www.lpi.usra.edu . Проверено 28 февраля 2017 года .
  75. ^ Фрис, Марк; Фрис, Джеффри (1 сентября 2010 г.). «Доплеровский метеорологический радар как средство обнаружения метеоритов» . Метеоритика и планетология . 45 (9): 1476–1487. Bibcode : 2010M & PS ... 45.1476F . DOI : 10.1111 / j.1945-5100.2010.01115.x . ISSN 1945-5100 . 
  76. ^ Браун, P .; McCAUSLAND, PJA; Фри, М .; Silber, E .; Эдвардс, штат Вашингтон; Вонг, ДК; Weryk, RJ; Fries, J .; Кжеминский, З. (1 марта 2011 г.). «Падение метеорита Гримсби - I: динамика и орбита огненного шара по данным радара, видео и инфразвуковых записей» . Метеоритика и планетология . 46 (3): 339–363. Bibcode : 2011M & PS ... 46..339B . DOI : 10.1111 / j.1945-5100.2010.01167.x . ISSN 1945-5100 . 
  77. ^ Дженнискенс, Питер; Fries, Marc D .; Инь, Цин-Чжу; Золенский, Михаил; Крот, Александр Н .; Sandford, Scott A .; Sears, Дерек; Бьюфорд, Роберт; Эбель, Дентон С. (21 декабря 2012 г.). "Извлечение с помощью радара метеорита Милл Саттер, углистого хондрита реголита Брекчии". Наука . 338 (6114): 1583–1587. Bibcode : 2012Sci ... 338.1583J . DOI : 10.1126 / science.1227163 . ЛВП : 2060/20140017286 . ISSN 0036-8075 . PMID 23258889 . S2CID 206543838 .   
  78. ^ Фрис, Мэриленд; Фрис, JA (1 сентября 2010 г.). "Доплеровские метеорологические радиолокационные наблюдения падения метеорита на юго-западе Висконсина 14 апреля 2010 г.". Дополнение по метеоритике и планетологии . 73 : 5365. Bibcode : 2010M & PSA..73.5365F .
  79. ^ Fries, M .; Фрис, Дж. (1 марта 2010 г.). «Небольшая облачность, возможны хондриты. Изучение метеоритных падений с помощью доплеровского метеорологического радиолокатора». Конференция по изучению Луны и планет . 41 (1533): 1179. Bibcode : 2010LPI .... 41.1179F .
  80. ^ Fries, M .; Fries, J .; Шефер, Дж. (1 марта 2011 г.). «Вероятное неисследованное падение метеорита, обнаруженное в архивных данных метеорадара». Конференция по изучению Луны и планет . 42 (1608): 1130. Bibcode : 2011LPI .... 42.1130F .

Ссылки [ править ]

  • Атлас, Дэвид , изд. (1990). Радар в метеорологии . Мемориал Баттана и 40-я юбилейная конференция по радиолокационной метеорологии. Бостон, Массачусетс: Американское метеорологическое общество . DOI : 10.1007 / 978-1-935704-15-7 . ISBN 978-0-933876-86-6.ISBN  978-1-935704-15-7 , 806 страниц, код AMS RADMET.
  • Ив Бланшар, Le radar, 1904–2004: histoire d'un siècle d'innovations technologies et opérationnelles , опубликовано Ellipses, Париж, Франция, 2004 ISBN 2-7298-1802-2 
  • Р. Дж. Довяк и Д. С. Зрник, Доплеровский радар и метеорологические наблюдения , Academic Press. Seconde Edition, San Diego Cal., 1993, стр. 562.
  • Gunn KLS и TWR East, 1954: Микроволновые свойства частиц осадков. Кварта. J. Королевское метеорологическое общество , 80, стр. 522–545.
  • М.К. Яу и Р.Р. Роджерс, Краткий курс физики облаков, третье издание , опубликовано Butterworth-Heinemann, 1 января 1989 г., 304 страницы. ISBN 9780750632157 ISBN 0-7506-3215-1   
  • Роджер М. Вакимото и Рамеш Шривастава, Радиолокационная и атмосферная наука: сборник эссе в честь Дэвида Атласа , опубликовано Американским метеорологическим обществом, Бостон, август 2003 г. Серия: Метеорологическая монография, том 30, номер 52, 270 страниц, ISBN 1-878220-57-8 ; Код AMS MM52. 
  • В. Н. Бринги и В. Чандрасекар, Поляриметрический доплеровский метеорологический радар , опубликованный издательством Cambridge University Press, Нью-Йорк, США, 2001 ISBN 0-521-01955-9 . 

Внешние ссылки [ править ]

Общие [ править ]

  • История оперативного использования метеорологических радиолокаторов метеорологической службой США:
    • Часть I: Эра до NEXRAD.
    • Часть II: Разработка оперативных доплеровских метеорологических радаров
    • Разработка метеорологического радиолокатора (для США), главное событие первых 40 лет работы Национальной лаборатории сильных штормов
  • «Атмосфера, погода и полет (метеорологические радары, глава 19)» (PDF) . Окружающая среда Канады . Архивировано из оригинального (PDF) 7 августа 2016 года . Проверено 28 августа 2013 года .
  • Общие ошибки в интерпретации радара министерством окружающей среды Канады
  • Погода Подполье на радаре

Сетевые и радиолокационные исследования [ править ]

  • Центр атмосферных радиолокационных исследований ОУ
  • Канадский метеорологический радар: часто задаваемые вопросы
  • Домашняя страница радара McGill
  • Галерея изображений радара Гонконга
  • Университет Алабамы, Хантсвилл, исследовательский радар с двойным поляриметрическим диапазоном C
  • Информация о сети доплеровских радаров NEXRAD:
  • ПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКИЕ РАДАРА
  • Совместный эксперимент по поляризации  - Университет Оклахомы, исследования и разработки в области двойной поляризации

Данные в реальном времени [ править ]

Африка
  • Южная Африка - метеорологический радар в реальном времени для Южной Африки от службы погоды Южной Африки
Азия
  • Китай (материк)
  • Гонконг
  • Индия
  • Япония
  • Оман
  • Пакистан
  • Филиппины
  • Тайвань
  • Таиланд
  • индюк
  • Вьетнам
Австралия и Океания
  • Австралийские радарные сайты
  • Метсервис - Новая Зеландия
Центральная Америка и Карибский бассейн
  • Аруба (через Каракас)
  • Белиз
  • Барбадос ( карибский композит )
  • Каймановы острова
  • Куба
  • Кюрасао ( карибский композит )
  • Радары Сальвадора Марна
  • Заморские департаменты Франции ( Гваделупа , Мартиника )
  • Пуэрто-Рико
  • Тринидад
Европа
  • Чехия
  • Финляндия
  • Франция
  • Германия
  • Норвегия
  • ПОЛЬРАД - Польша
  • Португалия
  • Испания
  • Швеция (а также Скандинавия и Балтийское море)
  • РЛС Великобритании и Ирландии
  • Дания - установка доплеровского радара X-диапазона в Копенгагене
Северная Америка
  • Environment Canada
  • Доплеровские радиолокационные станции США
    • Национальная метеорологическая служба США
Южная Америка
  • Французская Гайана