WSP WSP Ó Ó Ł Ł CZESNYCH RADAR CZESNYCH RADAR Ó Ó W W METEOROLOGICZNYCH

(1)

ANALIZA POR

ANALIZA POR Ó Ó WNAWCZA WNAWCZA ROZWI

ROZWI Ą Ą ZA ZA Ń Ń

WSP WSP Ó Ó Ł Ł CZESNYCH RADAR CZESNYCH RADAR Ó Ó W W METEOROLOGICZNYCH

METEOROLOGICZNYCH

Wybrane fragmenty referatu wyg

Wybrane fragmenty referatu wygłłoszonego na obronie oszonego na obronie pracy dyplomowej

pracy dyplomowej

na ww. temat w czerwcu 2005 na ww. temat w czerwcu 2005 Dyplomant

Dyplomant -- ppor. Marcin Dochniakppor. Marcin Dochniak

(2)

Tre Tre ść ść zadania: zadania:

1.1. SformuSformułłowanie problemu pracy.owanie problemu pracy.

2.2. OkreOkreśślenie zadańlenie zadań radarradaróów meteorologicznych i ich w meteorologicznych i ich roli w systemie opracowywania prognoz.

roli w systemie opracowywania prognoz.

3.3. Klasyfikacja i charakterystyka wspKlasyfikacja i charakterystyka wspóółłczesnych czesnych radar

radaróów meteorologicznych.w meteorologicznych.

4.4. PorPoróównanie rozwiwnanie rozwiąązazańń wspwspóółłczesnych radarczesnych radaróów w meteorologicznych.

meteorologicznych.

5.5. Wnioski.Wnioski.

22

(3)

Zadania radaru meteorologicznego w Zadania radaru meteorologicznego w

systemie obserwacji

systemie obserwacji ś ś rodowiska rodowiska

¾ ¾ Teledetekcyjna, ci Teledetekcyjna, ci ą ą g g ł ł a obserwacja stanu a obserwacja stanu atmosfery w zadanym obszarze

atmosfery w zadanym obszarze

•• Wykrywanie zjawisk pogodowychWykrywanie zjawisk pogodowych

•• ŚŚledzenie rozwoju zjawisk pogodowychledzenie rozwoju zjawisk pogodowych

¾ ¾ Generowanie ostrze Generowanie ostrze ż ż e e ń ń o zagro o zagro ż ż eniach eniach i niebezpiecznych zjawiskach

i niebezpiecznych zjawiskach zachodz

zachodz ą ą cych w atmosferze cych w atmosferze

¾ ¾ Uzupe Uzupe ł ł nianie informacji pochodz nianie informacji pochodz ą ą cych cych z innych

z innych ź ź r r ó ó de de ł ł

33

(4)

Klasyfikacja radar

Klasyfikacja radar ó ó w w meteorologicznych (1) meteorologicznych (1)

• • Klasyczne Klasyczne

– – konwencjonalne konwencjonalne – – dopplerowskie dopplerowskie

44

(5)

Klasyfikacja radar

Klasyfikacja radar ó ó w w meteorologicznych (2) meteorologicznych (2)

• • Do pionowego sonda Do pionowego sonda ż ż u atmosfery u atmosfery ( ( „ „ wind wind profiling profiling ” ” ) )

– – ma ma ł ł ego zasi ego zasi ę ę gu gu – – troposferyczne troposferyczne

55

(6)

Klasyczne radary meteorologiczne Klasyczne radary meteorologiczne

Nadajnik Nadajnik

Odbiornik Odbiornik Przetwarzanie

Przetwarzanie 66

(7)

Odbiciowo

Odbiciowo ść ść (1) (1)

DD -- śśrednicrednica a kropelkropel wystwystęępujpująącychcych w w jednostcejednostce objobjęętotośścici ograniczonejograniczonej przezprzez komkomóórkrkęę

rozrrozróóżżnialnonialnośści ci radaruradaru

aR b Z =

R R -- intensywnointensywnośćść opadu [mm/h]opadu [mm/h]

a i b

a i b -- stałstałe zależe zależne od rodzaju opadune od rodzaju opadu

∑

=

. .

,

6 obj

jedn i

D

i

Z Z =

ZaleZależżnonośćść empirycznaempiryczna

77

(8)

Odbiciowo

Odbiciowo ść ść (2) (2)

Zale Zale ż ż no no ść ść Marshala Marshala - - Palmera Palmera

200R 1,6

Z =

dla dla opadopadóóww deszczudeszczu

ddlala opadopadóów w śśnieguniegu

2000R 2

Z =

RR -- intensywnointensywnośćść opaduopadu mierzonmierzona a ww milimetrach milimetrach ssłłupaupa wody wody nana godzingodzinęę

88

(9)

Odbiciowo

Odbiciowo ść ść - - obliczenia obliczenia

Współczynnik Nazwisko badacza

a b

Blanchard 16,6 1,55

Hood 295 1,612

Higgs 127 2,87

Litvinow 150 1,54

350 1,42

162 1,16

Foote 520 1,82

Imai 700 1,6

Sivaramakrishnam 67,6 1,94

Diem 240 1,3

Atlas i Chmela

R= 0÷200 [mm/h] z krokiem 0,07 ≡ 2859 punktów pomiarowych Z [dB] = 10·log(aR^b)

99

(10)

Rodzina funkcji Z=f(R) Rodzina funkcji Z=f(R)

1010

(11)

R R ó ó wnanie zasi wnanie zasi ę ę gu dla obiekt gu dla obiekt ó ó w w przestrzennych

przestrzennych

– średnia moc odebrana przez radar [W]

Pr

P_t – moc transmitowana przez radar [W]

G – zysk antenowy

L_r – współczynnik strat mocy (nadajnik-antena i antena-odbiornik) Θ_b – szerokość wiązki antenowej [rad]

t_i – czas trwania impulsu [s]

c – prędkość światła [m/s]

|K|²– moduł funkcji zespolonej współczynnika załamania materiału λ - długość fali [m]

r – odległość do obiektu [m]

( ) ^r²

Z C r2

λ2 ln2 1024

2 Z 3 K

π i c 2 t Θb Lr G2 Pt

Pr = =

( )^ln2 ^λ²

1024

K 2 π3

i c 2 t Θb Lr G2 Pt C =

200R

1,6

Z =

1111

;

(12)

Zale Zale ż ż no no ść ść P P

_r_r

(r) (r)

1212

(13)

Zestawienie uzyskanych wynik

Zestawienie uzyskanych wynik ó ó w w oblicze

oblicze ń ń zasi zasi ę ę gu r dla radar gu r dla radar ó ó w pasma C w pasma C

R[mm/h]

Radar 0,07 0,15 0,3 0,6 1,3 2,7 5,6 11,5 23,7 48,7 100 200 METEOR 500C ^- ^- ^1,75 ³ ^5,6 ¹⁰ ^17,5 ³¹ ⁵⁶ 100 178 200 METEOR 1500C ^- ^1,45 ^2,4 ^4,2 ^7,9 ¹⁴ ²⁵ ⁴² ⁷⁹ 145 200 200 TDR 4384-RC ^- ^4,95 ^8,6 ¹⁵ ²⁸ ⁵⁰ ⁹⁰ ¹⁶¹ ²⁰⁰ 200 200 200 TDR 4370-C ^- ^- ^- ^- ⁵ ⁹ ^16,5 ²⁹ ⁵¹ ⁹³ ^{164 200} TDR 3070-C ^- ^- ^- ^- ^4,8 ^8,5 ¹⁵ ²⁷ ⁴⁶ ⁸⁵ ^{152 200} TDR 2070-C ^- ^- ^- ^- ^- ^4,9 ^8,5 ¹⁵ ²⁷ ⁴⁹ ^{86 150} DWSR-2500C/K ^1,05 ^1,9 ^3,3 5,75 10,8 19,2 34,5 61 110 194 200 200 DWSR-2500C ^- ^- ^1,75 ^2,9 ^5,5 ^9,9 ¹⁷ ³⁰ ⁵⁴ ⁹⁸ ^{175 200}

1313

(14)

Przyk

Przyk ł ł ady ech radarowych ady ech radarowych

Echo od chmur warstwowych

Echo od chmur warstwowych Echo od chmur konwekcyjnychEcho od chmur konwekcyjnych

1414

(15)

Radary do pionowego sonda

Radary do pionowego sonda ż ż u atmosfery u atmosfery

WiWiąązki anteny radaru typu zki anteny radaru typu

„wind „wind profilingprofiling””

1515

(16)

Zale Zale ż ż no no ść ść f f

_d_d

(H) (H)

gdzie

gdzie λλ -- ddłługougośćść fali, a vfali, a v_r_r to to prprędkoędkośćść radialna obiektu radialna obiektu wyrawyrażżana wzoremana wzorem

) sin(β r ν

ν =

gdzie

gdzie vv jestjest rzeczywistąrzeczywistą prpręędkodkośściciąą obiektu, obiektu, a a ββ jest jest kierunkowym

kierunkowym kkąątem tem nachylenianachylenia wiwiąązkizki λ

) (β sin (H)

ν (H) 2

fd =

λ 2νr fd =

CzCzęęstotliwostotliwośćść Dopplera (fDopplera (f_d_d))

H H -- wysokowysokośćść ₁₆₁₆

(17)

Przetwarzanie sygna

Przetwarzanie sygna ł ł u u w radarach do

w radarach do pionowego sonda

pionowego sonda ż ż u u atmosfery

atmosfery

Cykl przetwarzania Cykl przetwarzania

danych danych

Typowe widmo sygna

Typowe widmo sygnałłuu 1717

(18)

Wnioski (1) Wnioski (1)

¾ ¾ Informacja pozyskiwana z radar Informacja pozyskiwana z radar ó ó w w

meteorologicznych jest wykorzystywana do:

•• DDłługoterminowych prognoz pogodyugoterminowych prognoz pogody

•• KrKróótkoterminowych prognoz pogody (lotnictwo)tkoterminowych prognoz pogody (lotnictwo)

•• Ochrony systemOchrony systemóów energetycznychw energetycznych

•• OkreOkreśślania jakolania jakośści wci wóód powierzchniowychd powierzchniowych

•• Monitorowania zanieczyszczeMonitorowania zanieczyszczeńń powietrzapowietrza

•• Modelowania procesModelowania procesóów wymywania w wymywania zanieczyszcze

zanieczyszczeńń z atmosferyz atmosfery

•• Wspomagania kierowania ogniem artyleriiWspomagania kierowania ogniem artylerii

• Zabezpieczania startów rakiet i statków kosmicznych

1818

(19)

Wnioski (2) Wnioski (2)

¾ ¾ Radary meteorologiczne mog Radary meteorologiczne mog ą ą pracowa pracowa ć ć w wydajnych systemach monitorowania w wydajnych systemach monitorowania

atmosfery (np. system POLRAD) atmosfery (np. system POLRAD)

¾ ¾ Informacje pozyskiwane z radar Informacje pozyskiwane z radar ó ó w w meteo meteo stanowi

stanowi ą ą dane wej dane wej ś ś ciowe dla modeli ciowe dla modeli numerycznych

numerycznych

¾ ¾ Radary tego typu znacznie poszerzaj Radary tego typu znacznie poszerzaj ą ą wiedz

wiedz ę ę na temat zjawisk zachodz na temat zjawisk zachodz ą ą cych cych w atmosferze i przyczyn je powoduj

w atmosferze i przyczyn je powoduj ą ą cych cych

1919

(20)

Wnioski (3) Wnioski (3)

¾ ¾ Dane radarowe uzupe Dane radarowe uzupe ł ł niaj niaj ą ą informacj informacj ę ę pochodz

pochodz ą ą c c ą ą z innych z innych ź ź r r ó ó de de ł ł (stacje (stacje meteorologiczne, satelity, radiosondy) meteorologiczne, satelity, radiosondy)

¾ ¾ Przy pomocy radar Przy pomocy radar ó ó w mo w mo ż ż na wykonywa na wykonywa ć ć pomiary parametr

pomiary parametr ó ó w pola pogody w w pola pogody w odleg

odleg ł ł o o ś ś ci nawet 200 km od miejsca ich ci nawet 200 km od miejsca ich lokalizacji

lokalizacji

¾ ¾ Radar Radar meteo meteo nie zapewnia pe nie zapewnia pe ł ł nej nej

informacji o stanie atmosfery lecz jest informacji o stanie atmosfery lecz jest wa wa ż ż nym ogniwem systemu obserwacji nym ogniwem systemu obserwacji ś ś rodowiska rodowiska

2020