Milimetrli bulutli radar - Millimeter cloud radar

ARM 35 gigagertsli chastotada ishlaydigan millimetrli bulutli radar (MMCR)

Milimetr to'lqini bulutli radarlar, shuningdek, nomlangan bulutli radarlar radar kuzatishga mo'ljallangan tizimlar bulutlar 24 dan 110 gigagertsgacha bo'lgan chastotalar bilan (1-jadval). Shunga ko'ra, ularning to'lqin uzunliklari 1 mm dan 1,11 sm gacha, odatdagidan o'n baravar qisqa S guruhi kabi radarlar NEXRAD.

Maqsad

1-jadval: Millimetrli bulutli radar operatsion tarmoqlari

Guruh nomiChastotalar diapazoni [gigagerts]To'lqin uzunligi oralig'i [mm]
Ka24-407.5-11.1
V75-1002.7-4.0

Ushbu radarlarning asosiy maqsadi bulut xususiyatlari va evolyutsiyasini o'rganishdir. Ular odatda 35 gigagertsli chastotada ishlaydi Ka guruhi va 94 gigagertsli chastotada W guruhi, bu erda atmosfera yuqish maksimal. Ushbu chastotalar 8 va 3 mm atrofida to'lqin uzunliklariga to'g'ri keladi. Milimetrli bulutli radarlar yuqori vaqtinchalik va masofa o'lchamlariga ega: vaqtinchalik rezolyutsiya sozlanishi va odatda 1 dan 10 soniyani tashkil qiladi, shu bilan birga oraliq o'lchamlari uzatilgan signalning chastotali modulyatsiyasidan foydalangan holda bulutli radarlar uchun bir necha metrdan (masalan, chastotada modulyatsiya qilingan uzluksiz to'lqin (FMCW) 94 gigagertsli bulutli radar uchun 4 m UK Met Office ), magnetron asosidagi bulutli radarlar uchun bir necha metrgacha (masalan, 15 dan 60 m gacha) MIRA tizimlar). Maksimal aniqlash diapazoni 14 dan 20 km gacha va Dopler tezlikning aniqligi bir necha sm / s ni tashkil qiladi. Bulutli radarlarning aksariyati polarimetrik, chiziqli depolarizatsiya nisbati yordamida zarralarning notekisligini o'lchash imkoniyatiga ega (LDR ). Odatda ular zenitga ishora qiladilar, ammo ularning soni tobora ko'payib borayotgan skanerlash birliklari mavjud bo'lib, ular turli xil ishlarni bajarishda hajm ma'lumotlari kabi qo'shimcha ma'lumotlarni olishga imkon beradi. Range balandligi ko'rsatkichi (RHI) bajarayotganda turli burchaklarda va nisbatan yuqori tezlikda skanerlaydi va vertikal shamol rejimlari Reja joylashuvi ko'rsatkichi (PPI) zenitdan bir necha daraja.

To'lqin uzunliklarida ishlaydigan turli xil bulutli radarlarga kelsak, shuni hisobga olish kerakki, uzunroq to'lqin uzunliklari kamroq susayadi yog‘ingarchilik va yomg'ir, qisqaroq to'lqin uzunliklari kichik zarrachalarga nisbatan sezgirroq. Shunga ko'ra, radar signallari Ka-diapazonda W-diapazonga qaraganda kamroq susayadi, W-diapazonli radarlar esa kichikroq zarralarni aniqlashga qodir. Bulutli radar nurlari bulutga yoki yog'ingarchilik zarralariga nisbatan kamroq susayadi lidar nur.

Bulutli radarlar bugungi kunda bulut chegaralarini (masalan, bulut asoslari va tepaliklarni) aniqlash uchun va bulutlarning mikrofizik xususiyatlarini, masalan, zarralar kattaligi va massa tarkibini aniqlash uchun ishlatiladi, bu esa bulutlarning qanday qilib aks etishi, singishi va nurlanishini o'zgartirishga yordam beradi. energiya orqali o'tish atmosfera. Ular tergov qilish uchun intensiv ravishda qo'llaniladi tuman. Bundan tashqari, bulutli radarlar entomologiya tadqiqotlari uchun 40 yildan ko'proq vaqt davomida foydalanilmoqda, chunki Ka va W-tarmoqli radarlar deyarli faqat aniqlaydilar hasharotlar bulutsiz kunlarda maqsadlar,[1][2] va yaqinda ham gigantni o'rganish uchun foydalaniladi aerozollar.[3][4]

Bulutli radar tizimlarining aksariyati yerga asoslangan bo'lsa ham, ular havo va kosmosga asoslangan bo'lishi mumkin. Havodagi tizimlarga misol qilib o'rnatilgan bulutli radarlarni keltirish mumkin HALO (High Balitude and Long Range Research Aircraft) va Vayoming KingAir Research Aircraft. Kosmosda uchish misoli Bulutli profil radar (CPR) da ishlaydi CloudSAT Dopler qobiliyatiga ega bo'lgan birinchi kosmik CPR 2022 yil iyun oyida Yer bulutlari, aerozollar va Radiation Explorer bortida uchiriladi (EarthCARE ) missiya.

Radar bilan o'lchash: IQ dan spektrlarga

Impulsli Radar tizimlari faol vositalar hisoblanadi, chunki ular atmosferada elektromagnit to'lqinni uzatadi va atmosferadan qaytgan signalni qabul qiladi. Bunday radarlarda antenna elektromagnit to'lqinni yuboradi va keyin qaytib kelgan signalni yig'adi. Radarlar har xil apparat qismlaridan iborat bo'lib, ularning har biri turli xil elementlarni o'z ichiga oladi. Clothiaux va boshqalarning 9-sahifasidagi rasm. 1996 yil[5] bunday birliklarni ko'rsatmoqda.

Atmosferaga yuborilgan elektromagnit to'lqin 10-betdagi rasmda ko'rsatilgan EM to'lqinidir.[5] Bunday to'lqin transmitter birligidagi osilator tomonidan hosil bo'ladi va keyin to'lqin qo'llanmalari orqali uni atmosferada tarqatadigan antennaga uzatiladi. Vertikal simmetriya o'qiga ega bo'lgan to'rtburchaklar shaklli to'lqin qo'llanmalarida to'lqinlarning tarqalish nazariyasi shuni ko'rsatadiki, to'lqin qo'llanmasining mos o'lchamlarini o'rnatib, hosil bo'lgan elektr maydoni to'lqin qo'llanmasining ichki maydoniga vertikal yo'nalishda parallel ravishda tarqaladi va vaqt komponenti bo'yicha sinusoidaldir. (ko'ndalang to'lqin).

Elektr maydonining ifodasi uzoqdan tarqaldi sharsimon koordinatalar tizimida murakkab yozuvlarni qabul qilib, antennadan uzoqda joylashgan :

 

 

 

 

(1)

qayerda to'lqinning tashuvchisi chastotasi, vaqt, yorug'lik tezligi, antennadan masofa, bu to'lqinlar soni va to'lqin uzunligi, esa bu antennaga etkazib beriladigan quvvatga, uning xususiyatlariga bog'liq bo'lgan to'lqin amplitudasi va unga to'lqin qo'llanmalaridagi quvvat yo'qotishlari ta'sir qiladi. Funktsiya uning argumenti 0 va orasida bo'lganida 1 bo'lgan modulyatsion funktsiya va 0 boshqa joylarda. Shuning uchun bunday elektromagnit (EM) maydon impuls kengligi ichida o'z vaqtida sinusoidal ravishda tebranadi va puls konvertidan tashqarida nolga teng, 10-betdagi 3-rasmda ko'rsatilgandek.[5] Ushbu EM to'lqin atmosferaga yuboriladi: har bir zarba gidrometeorlar bilan to'ldirilgan havo miqdori bilan tarqaladi va yana radarga keladi. Antenna qaytarilgan signalni yig'adi, so'ngra yuqori tashuvchining chastotasini olib tashlash uchun filtrlanadi, kuchaytiriladi va keyin pastga aylantiriladi va raqamlanadi.

Antenna tomonidan to'plangan tarqoq elektr maydoni bu hajmdagi barcha tarqatuvchilardan ajratilgan aks sadolarning birlashmasidir va quyidagicha yozilishi mumkin:

 

 

 

 

(2)

qayerda mth tarqaluvchisi tomonidan tarqalgan elektr maydonining amplitudasi, mth tarqaluvchining pozitsiyasi, tashuvchisi chastotasi va radarga nisbatan nisbiy radial tezligi tufayli tarqalgan to'lqin fazasining radar yo'nalishidagi siljishini ifodalaydi, shu bilan birga va navbati bilan tarqalishda o'zgarishlar o'zgarishi va doimiy qabul qilinishi mumkin bo'lgan transmitter fazasi ( Vibratsiyali suv tomchilari va muzning zarralari singari meteorologik maqsadlar uchun vaqtga bog'liq bo'lishi mumkin).[5]

Yuqorida aytib o'tilganidek, ob-havo signallari juda ko'p miqdordagi gidrometeordan kelib chiqadigan aks sadolarning birlashmasidir.[6] Bunday aks sadolarni to'lqinning maqsadga etib borishi va radarga qaytish vaqtiga teng bo'lgan kechikishdan so'ng radar antennasida doimiy ravishda qabul qilinadi. Shaxsiy echolarni alohida-alohida hal qilishning iloji yo'qligi sababli, biz ma'lum vaqt kechikishida atmosferadan keladigan signalni namuna olamiz .

Bunday asosan signal namunasiga hissa qo'shadigan tarqaluvchilar oralig'ini belgilaydi. Radar ma'lumot yig'adigan kosmosdagi aniq o'lchamlari soni namunalar soniga teng har qanday ikkita radar impulsi o'rtasida radar tomonidan yig'ilgan.[7] Namuna olingan kuchlanishning ifodasi:

 

 

 

 

(3)

Har bir oraliq eshik uchun ( ) va har bir zarba davri uchun ( ), I va Q voltajlari deb nomlangan () berilgan murakkab kuchlanishning haqiqiy va xayoliy qismini (3):[5] Ularning iboralari:

 

 

 

 

(4)

 

 

 

 

(5)

Shuning uchun, qabul qilingan signalning bunday namunasidan so'ng, I / Q signallarining vaqt seriyasi har bir intervalli eshik bilan bog'liq.

Radar ma'lum impuls takrorlash chastotasi (PRF) bilan izchil impulslarni uzatganligi sababli, doplerni qayta ishlash texnikasi qo'llaniladi. Quvvat spektrini ketma-ketlik bo'yicha hisoblash mumkin tarkibiy qismlarni quyidagi tarzda. Har qanday intervalli darvozada FFT algoritmi seriyaga qo'llaniladi IQ signallari, qaerda FFTda ishlatiladigan FFT ballari soni. FFT natijasi murakkab spektrdir qayerda Dopler chastotasi. Keyinchalik quvvat spektrlari tomonidan osongina taxmin qilinadi

 

 

 

 

(6)

Bunday spektrlar signal kuchi bilan tortilgan tahlil qilingan hajmdagi nishonlarning radiusli tezliklarini taqsimlanishidir.[8]

Dopler spektri

Dopler spektrining eskizi. Spektral kuch Dopler tezligining funktsiyasi sifatida ifodalanadi . Parametrlar va minimal va maksimal tezlikni belgilang, bunda va tezlik rezolyutsiyasi.

Odatda radarning namunaviy hajmida ko'plab maqsadlar mavjud. Shaxsiy maqsadlarning har biri radius tezligiga qarab chastota siljishini hosil qiladi. Qaytgan quvvatni chastota siljishining istalgan oralig'ida o'lchash Dopler spektrini aniqlashga imkon beradi. Bu o'ngdagi rasmda tasvirlangan, bu erda Dopler spektrining eskizi ko'rsatilgan. Chastota allaqachon x o'qida tezlikka aylantirildi.

Dopler spektridan yansıtıcılık ifoda yordamida hisoblash mumkin:

 

 

 

 

(7)

Spektral kuchning ajralmas qismi yansıtıcılığa teng bo'lgan Dopler spektrining 0-momenti deb nomlanadi . Bundan tashqari, birinchi lahza (8) va ikkinchi lahza (9) Dopler spektrini hisoblash mumkin:

 

 

 

 

(8)

 

 

 

 

(9)

Dopler kengligining eskizi. Bu dopler kengligi o'rtasidagi bog'liqlikni ko'rsatadi , strelkalar va tomchilarning tarqalish rejimlari soni bilan tasvirlangan.

Dopler spektrining birinchi momenti - bu o'rtacha Doppler tezligi . U namuna olingan hajmdagi o'rtacha radius tezligiga mos keladi.

Ikkinchi moment Dopler kengligi deb ataladi . Bu Dopler spektrining dispersiyasiga mos keladi. Dopler kengligi asosan aniqlangan tezliklarning spektri kengligining o'lchovidir. Bundan tashqari, bu maqsadlar hajmini taqsimlash rejimlari sonining o'lchovi bo'lishi mumkin. Mono-modal taqsimot kichik spektral kenglikni beradi. Bir nechta rejimlarga ega bo'lgan taqsimot, 5-rasmda ko'rsatilganidek, lager spektrining kengligini beradi, spektral kenglikka namuna hajmidagi nishonlarning turbulent harakati ham ta'sir qiladi: spektral kengligi turbulentlikning kuchayishi bilan ortadi.

Matematik statistikadan Kurtosis va Skewness-ni hisoblash uchun bir nechta formulalardan foydalanilgan. Ulardan ba'zilari Kurtosis bo'limida keltirilgan adabiyotlarda mavjud.

Doppler tezligi

O'rtacha Doppler tezligini orqaga taralgan quvvatning quvvat spektrining o'rtacha chastotasi (Doppler tezligi) sifatida ko'rish mumkin.

Ko'rinish chizig'i bo'ylab o'lchangan hajmning o'rtacha Dopler tezligi (quvvat spektrining o'rtacha chastotasi) berilgan - radiusli tezlik. Vertikal o'lchovlar uchun Dopler tezligi - bu tortishish kuchi va o'lchangan hajmdagi havo harakatlari natijasida hosil bo'lgan zarrachalarning terminal tezligining yig'indisi. Terminal tezligi bulut zarralarining mikrofizik xususiyatlari to'g'risida ma'lumotni o'z ichiga oladi. Bulutli-radar kuzatuvlaridan terminal tezligini olish uchun spektrni siljitadigan havo harakatining ta'sirini Dopler spektridan olib tashlash kerak, shu bilan mikrofizika vakolatliligi yaxshilanadi. Ushbu o'zgarishni to'g'rilashga yondashuv Kollias va boshq.,[9] tuzatilgan Dopler tezligi va zarrachalarning tushish tezligi o'rtasidagi bog'liqlikning aniqligini oshirish.

Dopler kengligi

Dopler kengligi yoki Dopler spektri kengligi spektrning standart og'ishidir. Shunga ko'ra, kichik qiymatlar tor spektrlarni anglatadi, yuqori spektr kengligi esa gidrometeorlarning tezlik domeni (chastota domeni) bo'yicha kattaroq tarqalishiga mos keladi. Yuqori kenglikning sabablari ikki yoki ko'p modali spektrlar bo'lishi mumkin. Bu shuni anglatadiki, o'lchangan hajm bir nechta gidrometeor populyatsiyasini o'z ichiga oladi, bu esa Dopler spektrida turli xil terminal tezliklari tufayli ikki yoki undan ortiq rejimga olib keladi. Doppler kengligining tez o'zgarishi o'rtacha Doppler tezligi bilan birgalikda ikkita gidrometeor populyatsiyasini ajratish uchun ham ishlatilishi mumkin.[10][11]

Atmosferadagi havo harakati Dopler kengligiga ta'sir qilganligi sababli, ushbu parametr o'lchangan hajmdagi turbulentlik haqida ma'lumot beradi. Yuqoriga va pastga tushish terminalning tushish tezligini pasaytiradi va Dopler kengligini kamaytirishi yoki oshirishi mumkin. Agar o'lchovlar zenitga ishora qilmasa, gorizontal shamol komponenti kenglikka ham ta'sir qiladi. Dopler spektrini tuzatish uchun atmosferadagi haqiqiy shamol komponentlari haqidagi bilimlardan foydalanish mumkin, shu bilan olingan mikrofizik parametrlar yaxshilanishi va noaniqliklar kamayishi mumkin.[9]

Noqulaylik

The qiyshiqlik Dopler spektrining parametri spektrning nosimmetrik Gauss taqsimotiga nisbatan assimetriyasini tavsiflaydi.

 

 

 

 

(10)

[12]

Ushbu parametr o'rtacha spektr qiymatiga nisbatan spektr cho'qqisining joylashishini bog'laydi. Shuning uchun ijobiy skewness qiymati, tepalik o'rtacha qiymatiga nisbatan chap tomonda joylashganligini ko'rsatadi. Salbiy chayqalgan spektr o'rtacha tomonga nisbatan o'ng tomonda eng yuqori darajaga ega. Nol atrofida qiymat nosimmetrik spektrni bildiradi. Shu tarzda, doppler shakli bulutli mikrofizikaning o'zgarishi yoki o'lchangan hajmdagi dinamik o'zgarishlar haqida ma'lumot beradi. Radar balandligi qanchalik baland bo'lsa, ushbu parametrga dinamik ta'sir shunchalik yuqori bo'ladi. Shamol qaychi Dopler spektri kengligining kengayishiga olib kelganligi sababli, ular tez o'zgarishga olib kelishi mumkin qiyshiqlik shuningdek. Dopler spektrining egriligi o'zgarishini bog'lash uchun Dopler kengligi ham o'zaro tekshirilishi kerak.

Agar radar o'lchovlari vertikal ravishda bajarilsa, Dopler spektrining egiluvchanligi o'lchangan bulut mikrofizikasi haqida ma'lumot beradi. O'lchagan hajmdagi gorizontal shamol Dopler sohasidagi butun spektrning faqat siljishini keltirib chiqaradi. Bu shuni anglatadiki, spektr Dopler tezligi o'qi bo'ylab siljiydi, ammo bu spektrning kengayishiga ta'sir qilmadi. Shunday qilib skewnessdagi o'zgarishlar quyidagilar haqida ma'lumot beradi:[9]

  • agar gidrometeorlarning ozligi o'rtacha Doppler tezligi sifatida tezroq yoki sekinroq tushayotgan bo'lsa
  • agar Dopler spektrida kichik gidrometeorlar (o'rtacha darajadan sekinroq) yoki kattaroq zarralar (o'rtacha Doppler tezligidan tezroq) ustunlik qilsa
  • o'lchangan gidrometeorlarning o'lchamlari taqsimotining shakli
  • balandlik yoki vaqt o'zgarishi bulut mikrofizikasining o'zgarishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin

Kurtoz

The kurtoz Dopler spektri ham uning egri chizig'iga tegishli. Gaussga nisbatan spektr egri chizig'ining quyruqlari tasvirlangan.

 

 

 

 

(11)

[12]

Ushbu o'lchov haddan tashqari ustunlik qilganligi sababli, kurtoz spektrning quyruq og'irligi haqida ma'lumot berishi mumkin, bu spektrni yaxshiroq tavsiflashga yordam beradi.

Agar Dopler spektri aynan normal taqsimlangan bo'lsa, unda uning kurtoz 3.0 ga teng. Agar umuman olganda kurtoz > 3 ga teng bo'lsa, u holda spektr leptokurtik yoki leptokurtotik deb nomlanadi.Dopler spektrida bitta zarrachalar populyatsiyasi hukmronlik qiladi, bu esa kuchli va tor cho'qqiga olib keladi, bu ba'zi (lekin hammasi emas) holatlarda ko'rsatiladi. yuqori kurtoz. Agar spektr bo'lsa kurtoz <3 keyin u platykurtik yoki platikurtotik deb ataladi. Bunday spektrning shakli (ba'zi hollarda) o'rtacha va ingichka dumlari atrofida pastroq, kengroq cho'qqiga ega bo'lishi mumkin, lekin u ham cheksiz cho'qqiga ko'tarilishi mumkin, shuning uchun kurtoz "cho'qqining" yaxshi ko'rsatkichi emas. Bunday shakllarning namunalarini kurtoz wiki-ga kirish.

Dopler radarlari kurtoz tahlil yaqinda boshlandi, shuning uchun ushbu parametr bilan shug'ullanadigan ilmiy nashrlar hali ham kam. Masalan, Kollias va boshq.,[12] qayerda kurtoz Dopler spektrlarini talqin qilish va u aks ettiradigan mikrofizik o'zgarishlarni tushunish uchun ishlatiladi.

Bulutli radarlarda polarimetrik o'lchovlar

Polarimetrik usullari atmosferani masofadan zondlashda, ayniqsa bulutlar va yog'ingarchiliklarni radar kuzatuvida kuchli vosita deb hisoblanadi. Polarimetrik metodlar amerikalik kabi ob-havo radar tarmoqlarida tezkor foydalanish uchun yaxshi ishlab chiqilgan NEXRAD va Evropa OPERASI,[13] va hozirda amalga oshirilmoqda erga asoslangan va havo orqali[14] bulutli radarlar. Ushbu texnikalar rivojlangan tartibsizlikni filtrlash, meteorologik va meteorologik bo'lmagan nishonlarni ajratish va atmosferadagi tarqaluvchilarni tasniflash imkonini beradi.[8] Bulutli radarlarni polarimetrik o'lchovlarning yana bir potentsiali bu muz kristallari odatini baholashdir[15] bu aralash fazali bulutlarni masofadan kuzatishda asosiy muammolardan biridir.[16] Muz kristallarining taxmin qilingan shakli vertikal kombinatsiyalangan lidar va radiolokatsion kuzatuvlar asosida o'lcham va son kontsentratsiyasini olishda xatolarning asosiy manbai hisoblanadi.[17] Bundan tashqari, mavjud ob-havoning taxminiy modellarida taxmin qilingan shakl muz zarralarining cho'kma o'sish tezligini va muz kristallarining massa-terminal tezligi munosabatlarini belgilaydi. Shunday qilib, muzga odatlanish muhim noaniqliklarga olib kelishi mumkin.[18]

Nazariy va eksperimental tadqiqotlarda bir qator turli xil polarimetrik konfiguratsiyalar baholandi[19][20][21] va quyida tushuntirilgan.

Mavjud impulsli bulutli radarlarning aksariyati LDR rejimida ishlaydi.[8][22] Ushbu rejimda radar gorizontal ravishda qutblangan nurlanishni uzatadi va o'z navbatida kooparizatsiyalangan va o'zaro qutblangan kanallarda tarqalgan nurlanishning gorizontal va vertikal qismlarini oladi. Lineer depolarizatsiya koeffitsienti deb nomlangan o'zaro qutblangan kanaldagi quvvatning o'zaro polarizatsiyalangan kanaldagi quvvatga nisbati bu turdagi bulutli radarlar tomonidan olingan polarimetrik o'zgaruvchidir. Ko'pincha bulutli radarlarda ikkita qabul qiluvchi birlik mavjud,[8] qabul qilingan signalning ortogonal komponentlarini bir vaqtning o'zida o'lchashga imkon beradi. Ba'zi bulutli radarlarda faqat bitta qabul qiluvchi birlik mavjud[22] va shuning uchun qabul qiluvchi kanalning impulsdan impulsga o'tishi bilan ortogonal komponentlarni o'lchash. LDR-rejimiga ega bo'lgan ko'plab operatsion bulutli radarlar vertikal yo'naltirilgan[8][22] bulut zarralarining mikrofizik xususiyatlarini olish uchun boshqa masofadan zondlash asboblari bilan birgalikda. Vertikal vertikal bulutli radar bilan o'lchangan LDR eritish qatlamini aniqlash uchun ishlatiladi (shuningdek, yorqin tasma ) va tartibsizlikni filtrlash.[8] Bulutli radarlarni skanerlashda shakllarni tasniflash uchun LDR-rejimini qo'llash uning tarqaluvchilar yo'nalishiga yuqori sezgirligi bilan cheklangan.[23]

Ba'zi bulutli radarlar SLDR-rejimida ishlaydi, ya'ni an'anaviy LDR-rejimining modifikatsiyasi.[15] Ushbu rejimda radarning antenna tizimi 45 ° ga aylanadi, ya'ni uzatilgan signal + 45 ° yoki -45 ° polarizatsiyaga ega. LDR rejimidan farqli o'laroq, SLDR rejimi zarrachalar yo'nalishiga sezgir emas va shuning uchun u bulutli radarlarda muz kristallarini tasniflash uchun ishlatiladi. Muzli kristallarning odatlanishini yerdagi bulutli radarlar bilan aniqlash balandlikni skanerlashni talab qiladi va polarimetrik o'zgaruvchilarning burchak o'zgarishini tahlil qilishga asoslangan. SLDRni joyida kuzatuvlar bilan baholash dumaloq graupel, dendrit kristallari va birlashtirilgan muz zarralarini ajratish imkoniyatini ko'rsatdi.[15]

Polarizatsiya-tezkor bulutli radarlar[24][25] uzatilgan to'lqinning gorizontal va vertikal polarizatsiya holati o'rtasida impulsdan impulsga o'tishni qo'llang. LDR-dan tashqari, bunday tizimlar differentsial aks ettirish qobiliyatini o'lchashga qodir (ZDR) va korrelyatsiya koeffitsienti (rVV). LDRning umumiy tahlili, ZDRva rVV nafaqat muz zarralari odatlanishini tasniflash uchun, balki ularning yo'nalishlarini tavsiflash uchun ham ishlatilishi mumkin.[26]

CDR-rejimdagi bulutli radarlar dumaloq qutblangan to'lqinni uzatadi va ko-qutblangan va o'zaro qutblangan komponentlarni oladi.[27] Chiqish polarimetrik o'zgaruvchisi dumaloq depolarizatsiya koeffitsienti (CDR) deb nomlanadi va u o'zaro qutblangan quvvatning koordinatalangan quvvatga nisbati sifatida hisoblanadi. LDR bilan taqqoslaganda, CDRga qutblanish tekisligida joylashgan zarralar ta'sir qilmaydi,[23] masalan. elektrlashtirilgan atmosfera sharoitida hasharotlar yoki muz kristallari.[28]

O'lchov misoli

Bulutli radarlar namuna sifatida atmosfera, ular o'lchaydilar orqaga qaytish har xil tomonidan ishlab chiqarilgan signal gidrometeor turlari (bulut tomchilari, yomg'ir, yomg'ir tomchilari, muz zarralari, qor va boshqalar) va gidrometeorologik bo'lmagan maqsadlar. Ushbu maqsadlarning barchasi vertikal tezlik va shakllarga ega, shuning uchun Doppler spektrlari va LDR maqsadlarni ajratish uchun ishlatilishi mumkin. Quyidagi rasmda MIRA-36 bulutli radar o'lchovlari Potenza ko'rsatilgan, har xil parametrlar bo'yicha berilgan ma'lumotlardan foydalanib, maqsadlarni aniqlash mumkin:

  • Suyuq suv bulutlari imzo chiqaradi aks ettirish ammo LDRda emas, chunki suyuqlik tomchilari deyarli sharsimon.
  • Muzli bulutlar tartibsiz shakllari tufayli nisbatan yuqori LDR signallari bilan ajralib turadi.
  • Hasharotlar yuqori LDR qiymatlarini hosil qiladi va odatda konvektiv chegara qatlamida (CBL ), bu erda doimiy ravishda pastga va pastga tushish kuzatiladi.
  • Eritma qatlamini LDR kuchayishi bilan aniqlash mumkin, bu faza o'tish paytida suyuq suv bilan qoplangan tartibsiz muz zarralaridan kelib chiqadi.
  • Yomg'ir balandligi bilan ajralib turadi aks ettirish qiymatlari, yuqori pasayish tezligi va kengayish spektrlar.
  • Ichidagi suyuq qatlamlar aralash fazali bulutlar yuqori darajaga mos ravishda biroz yuqoriroq tepalik kengligi qiymatlari bilan aniqlanishi mumkin turbulentlik ichida.
Tomonidan amalga oshirilgan o'lchovlar MIRA-36 tizim, Tito Scalo, Potenza (Italiya) da 2014 yil 2-dekabr: (a) ekvivalent aks ettirish qobiliyati, (b) Lineer depolarizatsiya nisbati, (v) Dopler tezligi, bu erda salbiy qiymatlar radar tomon harakatlanishni va (d) tepalik kengligini bildiradi.

Bulutli radar tizimlari

Bulutli radar asboblari ACTRIS[29][30][31] va NOAA[32] loyihalar

Tinch okean shimoli-g'arbiy milliy laboratoriyasi (PNNL) va Prosensing Inc. ARM bulutli radarini ko'rish (SACR) turli xil sinov joylarida bulutlarni kuzatib borish AQSh Energetika vazirligi atmosfera nurlanishini o'lchash dasturi. Ushbu saytlarda radarlar doimiy ravishda ishlaydi Oklaxoma, Alyaska va g'arbiy tropik tinch okeani, va kamida o'n yil davomida minimal odam e'tiborida ishlashga mo'ljallangan. The SACR lar belgilangan va 35 va 94 gigagertsli chastotalarda ishlaydi KaSACR va WSACR navbati bilan.

2000-yillarning oxiridan boshlab meteorologik 35,5 gigagertsli Ka-diapazonli tijorat bulutli radar (MIRA-36 ) tomonidan ishlab chiqilgan METEK GmbH bilan hamkorlikda Radio Astronomiya instituti, Xarkov (Ukraina) bozorda. Hozirgi kunda turli xil joylarda bulut xususiyatlarini doimiy ravishda kuzatib boradigan o'n bitta tizim mavjud, ularning aksariyati Evropada. Cloudnet, bulutli va aerozol profillarini doimiy ravishda baholash uchun stantsiyalar tarmog'i NWP modellar, o'zlarining ma'lumotlarini, shuningdek boshqa saytlarda ushbu maqsadlar uchun boshqa vositalar tomonidan olingan ma'lumotlarni o'zlashtiradi.

Ushbu tarmoqlardan tashqarida ba'zi tadqiqot saytlari ham bulutli radarlar bilan ishlaydi. Masalan, Chilbolton Observatoriyasida (Buyuk Britaniya) hasharotlar migratsiyasini o'rganish uchun 3,2 va 9 mm uzunlikdagi ikkita to'lqin uzunlikdagi radarlar doimiy ravishda ishlaydi, 35 gigagertsli bulutli radar esa Kabauda (Gollandiya) ishlaydi.

Jadval 2: Bulutli radar tizimlari ACTRIS[29][30][31] va NOAA loyihalar[32]

ManzilBandChastotasi [gigagerts]To'lqin uzunligi [mm]TuriManzil
ARM Mobile Facility 1Ka358.6Ka-SACRMobil
ARM Mobile Facility 1V943.2W-SACRMobil
ARM Mobile Facility 2Ka358.6Ka-SACRMobil
Chilbolton, Buyuk BritaniyaKa359Kopernik51 ° 8′40.53 ″ N. 1 ° 26′19.60 ″ V / 51.1445917 ° shimoliy 1.4387778 ° V / 51.1445917; -1.4387778
Chilbolton, Buyuk BritaniyaV943.2Galiley51 ° 8′40.53 ″ N. 1 ° 26′19.60 ″ V / 51.1445917 ° shimoliy 1.4387778 ° V / 51.1445917; -1.4387778
Klivlend, Ogayo shtati, AQShKa35.58.6MIRA3641 ° 24′55,82 ″ N. 81 ° 51′42.45 ″ V / 41.4155056 ° N 81.8617917 ° Vt / 41.4155056; -81.8617917
Geyvey, IrlandiyaKa35.58.6MIRA3653 ° 16′42.79 ″ N. 9 ° 3′37,86 ″ V / 53.2785528 ​​° N 9.0605167 ° Vt / 53.2785528; -9.0605167
Gamburg, GermaniyaKa35.58.6MIRA3653 ° 33′56.40 ″ N. 9 ° 58′30.27 ″ E / 53.5656667 ° N 9.9750750 ° E / 53.5656667; 9.9750750
Iqaluit, KanadaKa35.58.6MIRA3663 ° 44′55 ″ N. 68 ° 31′11 ″ V / 63.74861 ° N 68.51972 ° Vt / 63.74861; -68.51972
Juelich, GermaniyaKa35.58.6MIRA3650 ° 54′19.02 ″ N 6 ° 24′17.38 ″ E / 50.9052833 ° N 6.4048278 ° E / 50.9052833; 6.4048278
Kalsruhe, GermaniyaKa35.58.6MIRA3649 ° 0′42.91 ″ N. 8 ° 25′1.13 ″ E / 49.0119194 ° N 8.4169806 ° E / 49.0119194; 8.4169806
Leypsig, GermaniyaKa35.58.6MIRA3651 ° 21′8.19 ″ N. 12 ° 26′2.90 ″ E / 51.3522750 ° N 12.4341389 ° E / 51.3522750; 12.4341389
Lindenberg, GermaniyaKa35.58.6MIRA3647 ° 35′11.49 ″ N. 9 ° 53′22.52 ″ E / 47.5865250 ° N 9.8895889 ° E / 47.5865250; 9.8895889
Myunxen, GermaniyaKa35.58.6MIRA3648 ° 9′3,35 ″ N. 11 ° 34′47,83 ″ E / 48.1509306 ° N 11.5799528 ° E / 48.1509306; 11.5799528
Alyaskaning shimoliy qiyaligi, Barrow, Alyaska, AQShKa358.6Ka-SACR71 ° 19′23,73 ″ N. 156 ° 36′56.70 ″ V / 71.3232583 ° N 156.6157500 ° Vt / 71.3232583; -156.6157500
Alyaskaning shimoliy qiyaligi, Barrow, Alyaska, AQShV943.2W-SACR71 ° 19′23,73 ″ N. 156 ° 36′56.70 ″ V / 71.3232583 ° N 156.6157500 ° Vt / 71.3232583; -156.6157500
Palezo, FrantsiyaV953.16BASTA48 ° 42′46.8 ″ N. 2 ° 12′32.4 ″ E / 48.713000 ° N 2.209000 ° E / 48.713000; 2.209000
Potenza, ItaliyaKa35.58.6MIRA3640 ° 36′15.93 ″ N. 15 ° 43′12.03 ″ E / 40.6044250 ° N 15.7200083 ° E / 40.6044250; 15.7200083
Sodankyla, FinlyandiyaKa35.58.6MIRA3667 ° 24′57,59 ″ N. 26 ° 35′20.30 ″ E / 67.4159972 ° N 26.5889722 ° E / 67.4159972; 26.5889722
Janubiy Buyuk tekisliklar, Oklaxoma, AQShKa358.6Ka-SACR36 ° 36′18.0 ″ N. 97 ° 29′6,0 ″ Vt / 36.605000 ° N 97.485000 ° Vt / 36.605000; -97.485000
Janubiy Buyuk tekisliklar, Oklaxoma, AQShV943.2W-SACR36 ° 36′18.0 ″ N. 97 ° 29′6,0 ″ Vt / 36.605000 ° N 97.485000 ° Vt / 36.605000; -97.485000
Tropik G'arbiy Tinch okeani-Darvin, AvstraliyaKa358.6Ka-SACR12 ° 25′28.56 ″ S 130 ° 53′29,75 ″ E / 12.4246000 ° S 130.8915972 ° E / -12.4246000; 130.8915972
Tropik G'arbiy Tinch okeani-Manus, Papua-Yangi GvineyaKa358.6Ka-SACR2 ° 3′39,64 ″ S 147 ° 25′31.43 ″ E / 2.0610111 ° S 147.4253972 ° E / -2.0610111; 147.4253972
Zugspitze, GermaniyaKa35.58.6MIRA3647 ° 25′16.00 ″ N 10 ° 59′7.00 ″ E / 47.4211111 ° N 10.9852778 ° E / 47.4211111; 10.9852778

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ Clothiaux, E .; Akkerman, T .; Mace, G.; Moran, K .; Marchand, R .; Miller, M.; Martner, B. (2000). "Bulutlar balandligi va radioelektrostansiyalarni qo'llar aravasi joylarida faol masofadan boshqarish datchiklari kombinatsiyasidan foydalangan holda ob'ektiv ravishda aniqlash". J. Appl. Meteorol. 39 (5): 645–665. doi:10.1175 / 1520-0450 (2000) 039 <0645: ODOCHA> 2.0.CO; 2.
  2. ^ Xandvalla, A .; Majurec, N .; Sekelskiy, S .; Uilyams, S.; Gage, K. (2002). "2001 yil ko'p chastotali radar iop davomida to'plangan radar chegara qatlami ma'lumotlarining tavsifi" (PDF). 12-ARM ilmiy guruhi yig'ilishi materiallari.
  3. ^ Marzano, F.; Barbieri, S .; Vulpiani, G .; Rose, W. (2006). "Vulqon bulutlarini erga asoslangan mikroto'lqinli ob-havo radarlari yordamida qidirib topish" (PDF). Geologiya va masofadan turib zondlash bo'yicha IEEE operatsiyalari. 44 (11): 3235–3246. Bibcode:2006ITGRS..44.3235M. doi:10.1109 / tgrs.2006.879116. Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2012 yil 14-iyulda.
  4. ^ Madonna, F.; Amodeo, A .; D'Amiko, G.; Pappalardo, G. (2013). "Ultragiant aerozolni tavsiflash uchun radar va lidardan foydalanish bo'yicha tadqiqot". Geofizik tadqiqotlar jurnali: Atmosferalar. 118 (17): 10, 056–10, 071. Bibcode:2013JGRD..11810056M. doi:10.1002 / jgrd.50789.
  5. ^ a b v d e Clothiaux, E .E .; Akkerman, T. P.; Babb, D. M. (1996). Bulut xususiyatlarini millimetr to'lqinli radar yordamida masofadan turib zondlash. In: Iqlim tizimidagi radiatsiya va suv. Springer. 323–366 betlar. doi:10.1007/978-3-662-03289-3_13. ISBN  978-3-662-03289-3.
  6. ^ Doviak, R. J .; Zrnic, D. S. (1993). Doppler radiolokatsiyasi va ob-havoni kuzatish. Akademik matbuot. ISBN  978-0-12-221420-2.
  7. ^ Doviak, R. J .; Zrnic, D. S .; Sirmans, D. S. (1979). "Doppler ob-havo radarlari". IEEE ish yuritish. 67 (11): 1522–1553. doi:10.1109 / PROC.1979.11511.
  8. ^ a b v d e f Görsdorf, U .; Lehmann, V .; Bauer-Pfundshteyn, M.; Piters, G.; Vavriv, D .; Vinogradov, V .; Volkov, V. (2015). "Bulut parametrlarini uzoq muddatli kuzatish uchun 35 gigagertsli polarimetrik doppler radar-tizim va ma'lumotlarni qayta ishlash tavsifi". Atmosfera va okean texnologiyalari jurnali. 32 (4): 675–690. Bibcode:2015JAtOT..32..675G. doi:10.1175 / JTECH-D-14-00066.1.
  9. ^ a b v Kollias, P .; Sirmer, V.; Remillard, J .; Luqo, E. (2011). "Yomg'irli stratiform bulutlarda bulutli radarli doppler spektrlari: 2. kuzatishlar va yomg'ir evolyutsiyasini mikrofizik modellashtirish". Geofizik tadqiqotlar jurnali: Atmosferalar. 116 (13): D13203. Bibcode:2011JGRD..11613203K. doi:10.1029 / 2010JD015238.
  10. ^ Shupe, M. D .; Kollias, P .; Matrosov, S. Y .; Schneider, T. L. (2004). "Dopler radar spektrlaridan aralash fazali bulut xususiyatlarini olish". Atmosfera va okean texnologiyalari jurnali. 21 (4): 660–670. CiteSeerX  10.1.1.595.6468. doi:10.1175 / 1520-0426 (2004) 021 <0660: dmcpfd> 2.0.co; 2.
  11. ^ Shupe, M. D .; Uttal, T .; Matrosov, S. Y. (2005). "Arktika bulutlari mikrofizikasini sheba ustidagi masofaviy datchiklardan olish". Amaliy meteorologiya jurnali. 44 (10): 1544–1562. Bibcode:2005JApMe..44.1544S. doi:10.1175 / JAM2297.1.
  12. ^ a b v Kollias, P .; Remillard, J.; Luqo, E .; Szyrmer, W. (2011). "Yomg'irli stratiform bulutlarda bulutli radarli doppler spektrlari: 1. oldinga modellashtirish va masofadan zondlash dasturlari". Geofizik tadqiqotlar jurnali: Atmosferalar. 116 (D13): D13201. Bibcode:2011JGRD..11613201K. doi:10.1029 / 2010JD015237.
  13. ^ Xyuskonen, A .; Saltikoff, E .; Holleman, I. (2013). "Evropada ishlaydigan ob-havo radarlari tarmog'i". Buqa. Amer. Meteor. Soc. 95 (6): 897–907. Bibcode:2014 BAMS ... 95..897H. doi:10.1175 / BAMS-D-12-00216.1.
  14. ^ Mex, M.; Orlandi, E .; Kryuell, S .; Ament, F.; Xirsh, L .; Xagen, M .; Piters, G.; Stivens, B. (2014). "HAMP: High Balitude and LOng radiatsion tadqiqot samolyotidagi (HALO) mikroto'lqinli paket". Atmosferani o'lchash usullari. 7 (12): 4539–4553. Bibcode:2014AMT ..... 7.4539M. doi:10.5194 / amt-7-4539-2014.
  15. ^ a b v Matrosov, S. Y .; Mace, G. G.; Merchand, R .; Shupe, M. D .; Hallar, A. G.; Makkubbin, I. B. (2012). "Eğimli chiziqli depolarizatsiya koeffitsienti rejimida skanerlash polarimetrik simli radiolokatsion radar bilan muz kristallari odatlarini kuzatish". J. Atmos. Okean Technol. 29 (8): 989–1008. Bibcode:2012JAtOT..29..989M. doi:10.1175 / JTECH-D-11-00131.1.
  16. ^ Shupe, M. D .; Daniel, J. S .; de Bur, G.; Eloranta, E. V.; Kollias, P .; Long, C. N .; Luqo, E. P.; Tyorner, D. D .; Verlinde, J. (2008). "Aralash fazali bulutlarga e'tibor". Amerika Meteorologiya Jamiyati Axborotnomasi. 89 (3): 383–405. Bibcode:2011MeApp..18..383N. doi:10.1002 / met.289.
  17. ^ de Bur, Gijs; Eloranta, Edvin V.; Shupe, Metyu D. (2009). "Arktikaning aralash fazali stratiform bulutli xususiyatlari, yuqori kenglikdagi ikkita joylarda ko'p yillik sirt o'lchovlari natijasida". Atmosfera fanlari jurnali. 66 (9): 2874–2887. Bibcode:2009JAtS ... 66.2874D. CiteSeerX  10.1.1.454.2210. doi:10.1175 / 2009JAS3029.1.
  18. ^ Bouniol, Dominik; Protat, Alen; Delano, Julien; Pelon, Jak; Piriou, Jan-Marsel; Buysel, Fransua; Tompkins, Adrian M.; Uilson, Damian R.; Moril, Yoxann; Haeffelin, jangovar; O'Konnor, Evan J.; Xogan, Robin J .; Illingvort, Entoni J .; Donovan, Devid P.; Baltink, Xenk-Klayn (2010). "To'rtta operatsion modeldagi bulutlarning namoyishini baholash uchun doimiy er usti radar va Lidar o'lchovlaridan foydalanish". Amaliy meteorologiya va iqlimshunoslik jurnali. 49 (9): 1971–1991. Bibcode:2010JApMC..49.1971B. doi:10.1175 / 2010JAMC2333.1.
  19. ^ Matrosov, S. Y. (1991 yil iyul). "Muzli bulut zarralari shakli va yo'nalishini elliptik polarizatsiyalangan radar signallari bilan o'lchash istiqbollari". Radiologiya. 26 (4): 847–856. Bibcode:1991RaSc ... 26..847M. doi:10.1029 / 91RS00965.
  20. ^ Matrosov, S. Y .; Kropfli, R. A. (1993 yil oktyabr). "Elliptik polarizatsiyalangan Ka-diapazonli radar signallari bilan Cirrus bulutlarini o'rganish: tavsiya etilgan yondashuv". Atmosfera va okean texnologiyalari jurnali. 10 (5): 684–692. doi:10.1175 / 1520-0426 (1993) 010 <0684: CCSWEP> 2.0.CO; 2.
  21. ^ Reinking, Rojer F.; Matrosov, Sergey Y.; Kropfli, Robert A.; Bartram, Bryus V. (mart 2002). "Yomg'ir tomchilari, toza muz kristallari va kamroq muntazam muz zarralarini farqlash uchun 45 ° qiyalikdagi kvazi-chiziqli radar qutblanish holatini baholash". Atmosfera va okean texnologiyalari jurnali. 19 (3): 296–321. Bibcode:2002JAtOT..19..296R. doi:10.1175/1520-0426-19.3.296.
  22. ^ a b v Bharadvaj, Nitin; Nelson, Dan; Lindenmaier, Iosif; Jonson, Karen. "Instrument: Ka ARM Zenith Radar (KAZR)". ARM iqlimni o'rganish vositasi. Olingan 29 may 2015.
  23. ^ a b Matrosov, Sergey Y. (1991). "Cirrus bulutlaridan olingan radiolokatsion qutblanish parametrlarini nazariy o'rganish". Atmosfera fanlari jurnali. 48 (8): 1062–1070. doi:10.1175 / 1520-0469 (1991) 048 <1062: TSORPP> 2.0.CO; 2.
  24. ^ Pazmany, A .; Makintosh, R .; Kelly, R .; Vali, G. (1994). "Bulutlarni o'rganish uchun havoda 95 gigagertsli ikki qutbli radar". Geologiya va masofadan turib zondlash bo'yicha IEEE operatsiyalari. 32 (4): 731–739. Bibcode:1994ITGRS..32..731P. doi:10.1109/36.298002.
  25. ^ Galloway, J .; Pazmany, A .; Mead, J .; McIntosh, R. E.; Leon, D .; Frantsiya, J .; Kelly, R .; Vali, G. (1997 yil fevral). "Havodagi W-diapazonli polarimetrik radar yordamida muzli gidrometeorlarning tekisligini aniqlash". Atmosfera va okean texnologiyalari jurnali. 14 (1): 3–12. doi:10.1175 / 1520-0426 (1997) 014 <0003: DOIHAU> 2.0.CO; 2.
  26. ^ Ryzhkov, A. V. (2001). "Meteorologik tarqaluvchilar uchun polarimetrik radar kovaryans matritsasini talqini: Nazariy tahlil". Atmosfera va okean texnologiyalari jurnali. 18 (3): 315–328. doi:10.1175 / 1520-0426 (2001) 018 <0315: ioprcm> 2.0.co; 2.
  27. ^ Martner, B. E .; Moran, K. P. (2001). "Qatlam buluti va hasharotlar aks-sadosini baholash uchun bulutli radar polarizatsiyasi o'lchovlaridan foydalanish". Geofizik tadqiqotlar jurnali. 106 (D5): 4891-4897. Bibcode:2001JGR ... 106.4891M. doi:10.1029 / 2000jd900623.
  28. ^ Galletti M.; Xuang, D .; Kollias, P. (2014). "Zenit / nadir yo'naltirilgan mm to'lqinli radarlar: chiziqli yoki dumaloq qutblanish?". Geologiya va masofadan turib zondlash bo'yicha IEEE operatsiyalari. 52 (1): 628–639. Bibcode:2014ITGRS..52..628G. doi:10.1109 / tgrs.2013.2243155.
  29. ^ a b "METEK - sizning meteorologiya bo'yicha sherikingiz".
  30. ^ a b "Arxivlangan nusxa". Arxivlandi asl nusxasi 2015 yil 14 aprelda. Olingan 9 iyul 2015.CS1 maint: nom sifatida arxivlangan nusxa (havola)
  31. ^ a b "Sezar rasadxonasi".
  32. ^ a b "ARM tadqiqot mexanizmi".

Tashqi havolalar