19.05.2020
Радиолокационный метод обнаружения опасных явлений погоды
Метеорологический радиолокатор (МРЛ)
За последние десятилетия дистанционные методы зондирования атмосферы заняли ведущие позиции в системах наблюдений за опасными явлениями погоды. Они в значительной мере удовлетворяют практические запросы синоптиков по дистанционному и непрерывному получению информации о состоянии атмосферы, ее изменениях и являются передовой технологией оперативной метеорологии.
Метод радиолокационных метеорологических наблюдений наряду с другими методами дистанционного зондирования прошел путь развития длиною более 60 лет. За это время были решены ключевые вопросы: выбор оптимальных параметров метеорологических радиолокаторов в зависимости от сложности и специфики решаемых задач, калибровка радиолокаторов и их измерительных систем, получение и обработка первичных данных, разработка критериев и алгоритмов для получения метеорологических продуктов и обнаружении опасных явлений погоды.
Основным объектом радиолокационных наблюдений являются облака вертикального развития: кучево-дождевые облака, которые формируются из мощно-кучевых облаков при условии проникновения вершин кучево-дождевых облаков в слои отрицательных температур воздуха. При этом наблюдаются обледенение вершин облаков и выпадение из них ливневых осадков различной интенсивности. Наиболее развитые по вертикали и горизонтали кучево-дождевые облака, сопровождаются возникновением града, смерча, сдвига ветра и значительных объемов электрических зарядов – гроз.
Метод радиолокационных метеорологических наблюдений основан на облучении метеорологической цели (облачности) электромагнитными волнами, которое порождает вторичное излучение от метеорологической цели.
Распространение электромагнитных волн
Полезную физическую и метеорологическую информацию об облачности несут все характеристики отраженных от метеоцели электромагнитных волн: амплитуда, фаза, частота и поляризация. Мощность сигнала, отраженного в направлении на радиолокатор, является функцией концентрации, размера и фазового состояния частиц гидрометеоров, образующих метеорологическую цель.
Для автоматизированной обработки отраженных сигналов, аналоговую информацию переводят в цифровую. Для этого весь сканируемый МРЛ объем пространства делят на элементарные ячейки и далее обработка отраженных сигналов производится с их одновременным осреднением по времени и пространству.
Современное программное обеспечение позволяет управлять работой МРЛ, проводит интерпретацию полученных результатов измерений и передачу данных потребителям в необходимом объеме. В настоящее время автоматизированный метеорологический радиолокационный комплекс (АМРК) представляет собой высокоэффективную радиолокационную систему для обеспечения потребителей необходимой информацией оперативно и в наиболее удобном для потребителя виде.
Функциональные возможности АМРК:
1. передача первичных радиолокационных данных;
2. создание радиолокационных архивов по типам данных (отражаемость, радиальная скорость, ширина спектра, дифференциальная отражаемость, др.);
3. создание декартовых полей радиолокационных данных для последующей обработки;
4. обработка полученной информации с целью получения дополнительных радиолокационных характеристик (метеоявлений, восстановленных скоростей, сумм осадков, сдвига ветра, фазового состояния гидрометеоров и др.);
5. расчет скорости и направления перемещения облачной системы после каждого цикла наблюдений;
6. визуализация диагностики о состоянии метеорологического радиолокатора;
7. представление данных наблюдений на экране компьютера в виде следующих карт:
– метеоявлений,
– высот верхней границы поля радиоэха,
– опасных явлений погоды,
– отражаемости в 15 слоях,
– интенсивности осадков,
– количества осадков за любой период времени,
– контуров опасных явлений погоды,
– скорости шквалов,
– видимости в осадках,
– вертикального сечения по любому азимуту и любой авиатрассе,
– обледенения по любому азимуту и любой авиатрассе,
– радиальных скоростей,
– восстановленных скоростей,
– ширины спектра,
– дифференциальной отражаемости,
– дифференциальной фазы,
– удельной дифференциальной фазы,
– коэффициента взаимной корреляции,
– фазового состояния гидрометеоров на различных уровнях;
8. расчет сдвига ветра для каждой глиссады;
9. возможность представления и передачи данных потребителям в различных форматах: BUFR, RADOB, BMP, T4 и др.;
10. возможность печати карт;
11. возможность построения композитных карт МРЛ.
Виды представления информации:
Карта метеоявлений с контурами ОЯ и таблицей штормоповещения
Для оперативного анализа радиолокационной метеорологической информации, используется цветовой код, который характеризует определенную отражаемость, а градации отражаемости соответствуют конкретному метеорологическому явлению. Метеорологические явления описываются по 16 градациям и зависят от сезона наблюдений и вида осадков. Радиолокационные данные, обладающие высоким пространственно-временным разрешением, используются для решения задач обнаружения и слежения за полями осадков и опасных явлений погоды, связанными с кучево-дождевой облачностью. Эта информация позволяет выпускать предупреждения об опасных метеорологических явлениях с необходимой заблаговременностью, что повышает эффективность гидрометеорологического обеспечения.
Радиоволны сантиметрового диапазона распространяются в атмосфере в пределах прямой видимости по криволинейным траекториям из-за рефракции, обусловленной диэлектрической неоднородностью атмосферы. По этой причине траектория любой радиоволны, первоначально горизонтальная, по мере удаления от источника радиоволн загибаются вниз, к поверхности Земли.
Поэтому при использовании радиолокационной метеорологической информации следует помнить о некоторых недостатках и ограничениях радиолокационного метода наблюдений.
1. МРЛ может принимать отраженные сигналы от облаков, вершины которых находятся выше линии радиогоризонта. От облаков, вершины которых находятся ниже линии радиогоризонта (в области радиотени), информацию на МРЛ получить невозможно.
2. Наличие высоких строений, объектов вокруг МРЛ создают углы закрытия, превышающие нулевой. В связи с этим увеличивается минимальная высота обнаружения облачности, расположенной в азимуте высоких местных объектов, возрастает высота верхней границы радио тени.
3. С удалением от МРЛ увеличивается минимальное значение отражаемости, которое при заданном потенциале может фиксироваться приемным устройством МРЛ. По этой причине облака, отражаемость которых меньше минимального значения, не будут обнаружены МРЛ.
4. МРЛ могут не обнаруживать облака, которые находятся за зоной интенсивных и протяженных осадков.
5. С увеличением расстояния от МРЛ увеличивается ширина диаграммы направленности антенны МРЛ и, следовательно, уменьшается разрешающая способность по угловым координатам. Отсюда следует зависимость информации МРЛ о высоте и площади облаков и осадков от расстояния.
6. Экологические ограничения.
Все ограничения должны учитываться при разработке методов наблюдений и метеорологической интерпретации радиолокационной информации, для минимизации влияния на результат технических и расчетных погрешностей.
Метод радиолокационных метеорологических наблюдений всегда базировался и базируется на основе новейших достижений радиолокационной и вычислительной техники, техники связи и информационных технологий. Полученные режимные данные используются, прежде всего, для разработки критериев и алгоритмов распознавания опасных явлений. Однако изучая опыт применения радиолокационных данных других стран, можно выделить еще два основных направления развития режимных обобщений:
радиолокационная климатология опасных явлений погоды,
радиолокационная климатология осадков.
Радиолокационный метод в настоящее время удовлетворяет основные потребности прогностических служб и позволяет дополнить информацию, полученную другими методами дистанционного зондирования атмосферы, что в свою очередь, положительно сказывается на решении прикладных задач в области гидрометеорологии.
Начальник отдела организационной
и методической работы
службы авиационно-метеорологического
обеспечения Белгидромета И.П.Дудник
Специализированные сайты и сайты филиалов
Информационные интернет-порталы
Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь
Интернет-портал Президента Республики Беларусь
Национальный правовой Интернет-портал Республики Беларусь
Межгосударственный совет по гидрометеорологии СНГ (МСГ СНГ)
Комитет Союзного государства по гидрометеорологии и мониторингу загрязнения природной среды
Национальный центр интеллектуальной собственности
Портал рейтинговой оценки качества оказания услуг организациями Республики Беларусь
Биометрические документы Республики Беларусь
Белорусский профсоюз работников леса и природопользования
Минская областная организация Белорусского профсоюза работников леса и природопользовани
Официальные геральдические символы Республики Беларусь