Терминальный доплеровский метеорологический радар
Терминальный доплеровский метеорологический радар (TDWR) — это доплеровская метеорологическая радиолокационная система с трехмерным «карандашным лучом», используемая в первую очередь для обнаружения опасных сдвига ветра условий , осадков и ветров на высоте в крупных аэропортах и вблизи них, расположенных в климатических условиях с сильным воздействием грозы в США. [1] По состоянию на 2011 год все они находились в эксплуатации с 45 действующими радарами, некоторые из которых охватывали несколько аэропортов в крупных мегаполисах США и Пуэрто-Рико. [2] [3] Несколько подобных метеорологических радаров также были проданы в другие страны, например, в Китай ( Гонконг ). [4] [5] США Технология TDWR, финансируемая Федеральным авиационным управлением (FAA), была разработана в начале 1990-х годов в лаборатории Линкольна , входящей в состав Массачусетского технологического института , для оказания помощи авиадиспетчерам путем обеспечения обнаружения сдвига ветра в реальном времени и определения осадков с высоким разрешением. данные. [6]
Основное преимущество TDWR по сравнению с предыдущими метеорологическими радарами заключается в том, что он имеет более высокое разрешение по дальности, то есть может видеть меньшие участки атмосферы. [1] Причиной такого разрешения является то, что TDWR имеет более узкий луч, чем традиционные радиолокационные системы, и что он использует набор алгоритмов для уменьшения помех от земли . [6]
Характеристики
[ редактировать ]TDWR использует несущую волну в диапазоне частот 5 см 5600–5650 МГц ( длина волны ), с узким лучом и угловым разрешением 0,5 градуса, имеет пиковую мощность 250 кВт. Что касается отражательной способности, разрешение по расстоянию составляет 150 метров (500 футов) в пределах 135 километров (84 миль) от радара и 300 метров (1000 футов) на расстоянии от 135 километров (84 миль) до 460 километров (290 миль) до радара. [1] Причина этой разницы заключается в том, что, поскольку разрешение по ширине является угловым, на большем расстоянии ширина луча становится довольно большой, и для получения лучшего усреднения данных в объеме разрешения необходимо увеличить количество интервалов импульсов дальности . Это отсечение произвольно установлено для программного обеспечения на уровне 135 километров (84 миль).
Данные о лучевых скоростях доступны на расстоянии до 90 километров (56 миль) от радара с полным угловым разрешением 0,5 градуса и разрешением по дальности 150 метров (490 футов). [1] Из-за используемой частоты повторения импульсов (PRF) происходит наложение псевдонимов , и максимальная однозначная скорость составляет от 20 до 30 узлов (от 23 до 35 миль в час; от 37 до 56 км/ч). [1]
TDWR может выполнять приповерхностное сканирование под углом наклона 0,1-0,3 градуса от поверхности Земли каждую минуту. Он также может выполнять комплексное сканирование, при котором радар ведет наблюдения под несколькими разными углами наклона, чтобы получить более полную картину атмосферных условий; каждое такое составное сканирование занимает 6 минут. [1] [4]
Сравнение с НЕКСРАД
[ редактировать ]
Преимущества
[ редактировать ]Метеорологический радар NEXRAD, используемый в настоящее время Национальной метеорологической службой (NWS), представляет собой радар с длиной волны 10 см (2700–3000 МГц), способный выполнять полное сканирование каждые 4,5–10 минут, в зависимости от количества сканируемых углов и от того, не МЕСО-ПАРУСА [7] активен, что добавляет дополнительное низкоуровневое сканирование при завершении сканирования тома. Его разрешение составляет 0,5 градуса по ширине и дальность действия 250 метров (820 футов). Однозначная радиальная скорость составляет 62 узла (71 миль в час; 115 км/ч) на расстоянии до 230 километров (140 миль) от радара. [1] [4]
Разрешение по дальности у TDWR почти в два раза выше, чем у классической схемы NEXRAD. Это позволит получить гораздо более подробную информацию о мелких особенностях характера осадков, особенно во время гроз, отражательной способности и лучевой скорости. Однако это более высокое разрешение доступно только на расстоянии до 135 километров (84 миль) от радара; кроме того, разрешение близко к разрешению NEXRAD. Однако с августа 2008 года передискретизация NEXRAD увеличила разрешение данных об отражательной способности на более низких высотах до 0,25 км (0,16 мили) на 0,5 градуса и увеличила диапазон доплеровских данных о скорости до 300 км (190 миль). [8] [9] Это уменьшает преимущества TDWR для этих высот.
Недостатки
[ редактировать ]TDWR и NEXRAD дополняют друг друга перекрывающимся покрытием, каждый из которых предназначен для оптимального просмотра различных режимов воздушного пространства. Высокая скорость обновления данных TDWR на небольшом расстоянии (диапазон 55 морских миль ) позволяет быстро фиксировать микромасштабные погодные явления в аэродромном воздушном пространстве. NEXRAD — это радар дальнего действия (диапазон 200 морских миль), предназначенный для выполнения нескольких функций на маршруте на большой высоте, над воздушным пространством терминала и далеко между терминалами. Более медленная скорость обновления NEXRAD, охватывающая более широкий объем, фиксирует мезомасштабные погодные явления. Более короткая длина волны 5 см (2,0 дюйма), которая ближе к размеру капли дождя, чем длина волны 10 см (3,9 дюйма), частично поглощается осадками. Это серьезный недостаток использования TDWR, поскольку сигнал может сильно ослабляться при сильных осадках. Это ослабление означает, что радар не может «видеть» очень далеко во время сильного дождя и может пропустить суровую погоду, например сильную грозу, которая может содержать признаки торнадо, когда между радаром и этим штормом идет сильный дождь. Когда на улице идет сильный дождь обтекателе , дальность действия TDWR еще больше ограничена. [1] [4] Наконец, град во время грозы, сканируемый TDWR, может полностью блокировать сигнал, поскольку его размер превышает длину волны. [1] [4]
Вторая проблема — меньшая однозначная радиальная скорость или скорость Найквиста . В случае TDWR это означает, что скорость осадков, движущихся со скоростью более 30 узлов (35 миль в час; 56 км/ч) в сторону или в сторону радара, будет анализироваться неправильно из-за наложения спектров . Алгоритмы исправления этого не всегда дают правильные результаты. NEXRAD имеет порог, который вдвое выше (62 узла (71 миль в час; 115 км/ч)) и, следовательно, требуется меньше обработки и интерпретации. Из-за этого разрешение радиолокационной отражательной способности для мелкомасштабных объектов, таких как мезоциклоны , может быть лучше в TDWR, но разрешение по скорости может быть хуже или, по крайней мере, может быть неправильно проанализировано.
Таким образом, лучше всего использовать TDWR вместе с традиционным NEXRAD поблизости, чтобы ничего не пропустить. В отличие от NEXRAD, который имеет национальное покрытие прилегающих Соединенных Штатов (хотя и с некоторыми пробелами из-за рельефа местности), TDWR имеет спорадическое покрытие, предназначенное для крупных аэропортов. В то время как в некоторых районах страны (северо-восточный мегаполис, штаты Огайо и Флорида и юго-западный квартал Торнадо-Элли в Оклахоме и Техасе) наблюдается высокая плотность подразделений TDWR, в других (все Западное побережье, север Великих равнин и Скалистые горы, части Глубокого Юга и участок, протянувшийся от северной Пенсильвании через северную часть штата Нью-Йорк и до северной части Новой Англии) вообще не имеют покрытия TDWR.
Улучшения обработки данных
[ редактировать ]Национальная лаборатория сильных штормов (NSSL) осуществляет программу разработки и совершенствования радиолокационной продукции, полученной на основе данных, полученных с радаров TDWR и NEXRAD. Группа по применению предупреждений о суровой погоде и передаче технологий (SWAT) спонсируется Национальной метеорологической службой и ФАУ. В 2009 году он работает над лучшей фильтрацией непогодных эхосигналов, лучшими алгоритмами устранения помех для скоростей, методами извлечения горизонтальной составляющей поля ветра с одного или нескольких радаров. NSSL предоставляет данные TDWR в офис NWS с конца 1990-х годов. [10] (ROC) NWS Центр радиолокационной эксплуатации , хотя и ориентирован на сеть NEXRAD, также работает с TDWR.
См. также
[ редактировать ]- Бортовая система обнаружения и оповещения о сдвиге ветра
- Система оповещения о сдвиге ветра на малой высоте
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я «Терминальный доплеровский метеорологический радар — генератор дополнительных продуктов (TDWR-SPG)» . Национальная метеорологическая служба . Проверено 5 августа 2017 г.
- ^ «Поиск близости к терминальным доплеровским метеорологическим радарам (TDWR)» . Spectrum Bridge, Inc. Архивировано из оригинала 7 марта 2012 года . Проверено 4 августа 2011 г.
- ^ «Местоположения и частоты TDWR» . ВИСПА . Проверено 18 июля 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и «Wunderground запускает радар высокой четкости» . WunderBlog доктора Джеффа Мастерса . Погода под землей . 15 декабря 2008 года . Проверено 21 июня 2018 г.
- ^ Чи М. Шун и Шэрон С.И. Лау (2000). «Терминальный доплеровский метеорологический радар (TDWR) — наблюдение за атмосферными потоками над сложной местностью во время прохождения тропических циклонов». Учеб. ШПИОН . 4152 (42): 42. Бибкод : 2000SPIE.4152...42S . CiteSeerX 10.1.1.551.3486 . дои : 10.1117/12.410622 . S2CID 130709921 .
- ^ Перейти обратно: а б «Терминальный доплеровский метеорологический радар (TDWR)» . Лаборатория Линкольна Массачусетского технологического института . Проверено 4 августа 2009 г.
- ^ https://www.roc.noaa.gov/wsr88d/PublicDocs/NewTechnology/MESO-SAILS_Description_Briefing_Jan_2014.pdf . [ пустой URL PDF ]
- ^ «Build10FAQ» . Центр радиолокационной эксплуатации . Национальное управление океанических и атмосферных исследований. Архивировано из оригинала 4 июля 2008 г.
- ^ «RPG SW BUILD 10.0 – ВКЛЮЧАЕТ ОТЧЕТЫ ДЛЯ SW 41 RDA» . Центр радиолокационной эксплуатации . Национальное управление океанических и атмосферных исследований.
- ^ «Разработка и усовершенствование эксплуатационной продукции WSR-88D/TDWR» . Исследование применения предупреждений . Национальная лаборатория сильных штормов . 2009. Архивировано из оригинала 19 мая 2011 г. Проверено 18 сентября 2009 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Радарные изображения высокого разрешения Nexrad и TDWR для юго-востока» . APRSFL.net . Архивировано из оригинала 19 июня 2017 года.