Радиозонд
Радиозонд который прибор с батарейным питанием, — это телеметрический обычно выносится в атмосферу с помощью метеозонда , который измеряет различные параметры атмосферы и передает их по радио на наземный приемник. Современные радиозонды измеряют или рассчитывают следующие переменные: высоту , давление , температуру , относительную влажность , ветер (как скорость, так и направление ветра ), показания космических лучей на большой высоте и географическое положение ( широта / долгота ). Радиозонды, измеряющие концентрацию озона , известны как озонозонды. [1]
Радиозонды могут работать на радиочастоте 403 МГц или 1680 МГц. Радиозонд, положение которого отслеживается по мере его подъема для получения информации о скорости и направлении ветра, называется равинзондом («радарный ветрозонд»). [2] [3] Большинство радиозондов имеют радиолокационные отражатели и технически являются необработанными зондами. Радиозонд, который сбрасывается с самолета и падает, а не переносится на воздушном шаре, называется сбрасываемым зондом . Радиозонды являются важным источником метеорологических данных, и ежедневно по всему миру запускаются сотни таких радиозондов.
История
[ редактировать ]
Первые полеты аэрологических приборов были совершены во второй половине XIX века с использованием воздушных змеев и метеографов — записывающих устройств, измеряющих давление и температуру, которые восстанавливались после эксперимента. Это оказалось сложно, потому что воздушные змеи были привязаны к земле, и им было очень трудно маневрировать в порывистую погоду. Кроме того, зондирование было ограничено малыми высотами из-за связи с землей.
Гюстав Эрмит и Жорж Безансон из Франции в 1892 году первыми использовали воздушный шар для управления метеографом. В 1898 году Леон Тейссенк де Борт организовал в Динамической метеорологической обсерватории Траппа первое регулярное ежедневное использование этих воздушных шаров. Данные этих запусков показали, что температура понижалась с высотой до определенной высоты, которая менялась в зависимости от сезона, а затем стабилизировалась выше этой высоты. Об открытии Де Бортом тропопаузы и стратосферы было объявлено в 1902 году во Французской академии наук. [4] Другие исследователи, такие как Ричард Ассманн и Уильям Генри Дайнс , работали в то же время с аналогичными инструментами.
В 1924 году полковник Уильям Блэр из Корпуса связи США провел первые примитивные эксперименты по измерению погоды с воздушного шара, используя температурную зависимость радиосхем. Первый настоящий радиозонд, который отправлял точную закодированную телеметрию от датчиков погоды, был изобретен во Франции Робертом Бюро . Бюро придумало название «радиозонд» и запустило первый прибор 7 января 1929 года. [4] [5] Разработанный независимо годом позже, Павел Молчанов управлял радиозондом 30 января 1930 года. Конструкция Молчанова стала популярным стандартом из-за своей простоты и потому, что она преобразовывала показания датчиков в код Морзе , что делало его простым в использовании без специального оборудования или обучения. [6]
Работая с модифицированным зондом Молчанова, Сергей Вернов первым применил радиозонды для измерения космических лучей на большой высоте. 1 апреля 1935 года он провел измерения на расстоянии до 13,6 км (8,5 миль), используя пару счетчиков Гейгера в схеме антисовпадений, чтобы избежать подсчета ливней вторичных лучей. [6] [7] Это стало важным методом в этой области, и в течение следующих нескольких лет Вернов запускал свои радиозонды на суше и на море, измеряя зависимость излучения от широты, вызванную магнитным полем Земли .
В 1936 году ВМС США поручили Бюро стандартов США (NBS) разработать официальный радиозонд для использования ВМФ. [8] НБС передало проект Гарри Даймонду , который ранее работал в области радионавигации и изобрел систему слепой посадки самолетов. [9] Возглавляемая Даймондом организация со временем (в 1992 году) вошла в состав Исследовательской лаборатории армии США . В 1937 году Даймонд вместе со своими коллегами Фрэнсисом Данмором и Уилбуром Хинманном-младшим создал радиозонд, в котором использовалась модуляция поднесущей звуковой частоты с помощью релаксационного генератора сопротивления-емкости. Кроме того, этот радиозонд NBS был способен измерять температуру и влажность на больших высотах, чем обычные радиозонды того времени, благодаря использованию электрических датчиков. [8] [10]
В 1938 году Даймонд разработал первый наземный приемник для радиозонда, что привело к первому служебному использованию радиозондов NBS в ВМФ. Затем, в 1939 году, Даймонд и его коллеги разработали наземный радиозонд, названный «удаленной метеостанцией», который позволил им автоматически собирать данные о погоде в отдаленных и негостеприимных местах. [11] К 1940 году радиозондовая система NBS включала в себя привод давления, который измерял температуру и влажность в зависимости от давления. [8] Он также собрал данные о толщине облаков и интенсивности света в атмосфере. [12] Благодаря этому и другим улучшениям стоимости (около 25 долларов), веса (> 1 килограмма) и точности по всей стране были произведены сотни тысяч радиозондов типа NBS для исследовательских целей, и этот аппарат был официально принят на вооружение Бюро погоды США. [8] [10]
Даймонд был удостоен инженерной премии Вашингтонской академии наук в 1940 году и премии IRE Fellow Award (которая позже была переименована в Мемориальную премию Гарри Даймонда) в 1943 году за вклад в радиометеорологию. [11] [13]
Расширение экономически важных государственных служб прогнозирования погоды в 1930-е годы и их растущая потребность в данных побудили многие страны начать регулярные программы радиозондовых наблюдений.
В 1985 году в рамках советской и программы «Вега » два зонда Венеры , «Вега-1» « Вега-2» , сбросили по радиозонду в атмосферу Венеры . Зонды отслеживались в течение двух дней.
Хотя современное дистанционное зондирование с помощью спутников, самолетов и наземных датчиков становится все более растущим источником атмосферных данных, ни одна из этих систем не может сравниться с вертикальным разрешением (30 м (98 футов) или менее) и высотным охватом (30 км (19 миль)) радиозондовые наблюдения, поэтому они остаются важными для современной метеорологии. [2]
Хотя сотни радиозондов запускаются по всему миру каждый день и круглый год, смертельные случаи, связанные с радиозондами, редки. Первым известным примером стало убийство электрическим током линейного монтера в США, который пытался освободить радиозонд от линий электропередачи высокого напряжения в 1943 году. [14] [15] В 1970 году самолет Ан-24 , выполнявший рейс 1661 Аэрофлота, потерял управление после столкновения с радиозондом в полете, в результате чего погибли все 45 человек на борту.
Операция
[ редактировать ]Резиновый шар , или латексный наполненный гелием или водородом, поднимает устройство в атмосферу . Максимальная высота, на которую поднимается воздушный шар, определяется диаметром и толщиной воздушного шара. Размеры воздушных шаров могут варьироваться от 100 до 3000 г (от 3,5 до 105,8 унций). Когда воздушный шар поднимается через атмосферу, давление уменьшается, заставляя воздушный шар расширяться. В конце концов, воздушный шар расширится до такой степени, что его оболочка порвется, что прекратит подъем. Воздушный шар массой 800 г (28 унций) лопнет на высоте примерно 21 км (13 миль). [16] После взрыва небольшой парашют на опорной линии радиозонда может замедлить его спуск на Землю, в то время как некоторые полагаются на аэродинамическое сопротивление измельченных остатков воздушного шара и очень легкий вес самой упаковки. Типичный полет радиозонда длится от 60 до 90 минут. Один радиозонд с авиабазы Кларк на Филиппинах достиг высоты 155 092 футов (47 272 м).
Современный радиозонд связывается по радио с компьютером, который хранит все переменные в режиме реального времени. Первые радиозонды наблюдались с земли с помощью теодолита и давали только оценку ветра по местоположению. С появлением в Корпусах связи радара появилась возможность отслеживать радиолокационную цель, переносимую воздушными шарами, с помощью радара SCR-658 . Современные радиозонды могут использовать различные механизмы определения скорости и направления ветра, такие как радиопеленгатор или GPS . Вес радиозонда обычно составляет 250 г (8,8 унции).
Иногда радиозонды сбрасываются с самолета, а не поднимаются на воздушном шаре. Радиозонды, развернутые таким образом, называются сбрасываемыми зондами .
Регулярные запуски радиозондов
[ редактировать ]Радиозонды-метеорологические зонды традиционно использовались в качестве средства измерения атмосферных профилей влажности, температуры, давления, скорости и направления ветра. [17] Высококачественные, пространственно и временные «непрерывные» данные аэрационного мониторинга наряду с приземными наблюдениями являются важнейшей основой для понимания погодных условий и климатических тенденций, а также предоставления информации о погоде и климате на благо общества. Надежная и своевременная информация лежит в основе готовности общества к экстремальным погодным условиям и изменению климата. [17]
Во всем мире существует около 1300 стартовых площадок для радиозондов. [18] Большинство стран обмениваются данными с остальным миром посредством международных соглашений. Почти все регулярные запуски радиозондов происходят за час до официального времени наблюдения в 00:00 UTC и 12:00 UTC, чтобы выровнять время наблюдения во время примерно двухчасового подъема. [19] [20] Радиозондовые наблюдения важны для прогнозирования погоды , наблюдения за суровой погодой и предупреждений о ней , а также для исследования атмосферы.
Национальная США метеорологическая служба запускает радиозонды два раза в день с 92 станций: 69 на территории США, 13 на Аляске, девяти в Тихом океане и одной в Пуэрто-Рико. Он также поддерживает работу 10 радиозондовых станций в Карибском бассейне . [20] Список наземных стартовых площадок, эксплуатируемых США, можно найти в Приложении C «Наземные зондовые станции США». [21] Федерального метеорологического справочника №3, [22] под названием «Наблюдения Равинзонда и Пибала», датированный маем 1997 г.
Великобритания RS41 запускает Vaisala радиозонды [23] четыре раза в день (за час до 00, 06, 12 и 18 UTC) с 6 стартовых площадок (с юга на север): Кэмборн , (широта, долгота) = (50,218, -5,327), юго-западная оконечность Англии; Херстмонсо (50.89, 0.318), у юго-восточного побережья; Уотнолл , (53,005, -1,25), центральная Англия; Кастор-Бей (54,50, -6,34), недалеко от юго-восточного угла Лох-Ней в Северной Ирландии; Албемарл , (55.02, -1,88), Северо-Восточная Англия; и Леруик , (60,139, -1,183), Шетландские острова , Шотландия . [24] [25]
Использование аэрологических наблюдений
[ редактировать ]Необработанные аэрологические данные регулярно обрабатываются суперкомпьютерами, на которых выполняются численные модели. Синоптики часто просматривают данные в графическом формате, нанесенные на термодинамические диаграммы , такие как диаграммы Skew-T log-P , тефиграммы и/или диаграммы Стюве , которые полезны для интерпретации вертикального термодинамического профиля температуры и влажности атмосферы, а также кинематики . вертикального профиля ветра. [17]
Данные радиозонда являются чрезвычайно важным компонентом численного прогноза погоды. Поскольку зонд может дрейфовать на несколько сотен километров в течение 90-120-минутного полета, могут возникнуть опасения, что это может привести к проблемам при инициализации модели. [17] Однако, похоже, это не так, за исключением, возможно, локальных областей струйных течений в стратосфере. [26] В будущем эту проблему могут решить погодные дроны , которые точно контролируют свое местоположение и могут компенсировать дрейф. [27]
К сожалению, в менее развитых частях земного шара, таких как Африка, которая имеет высокую уязвимость к воздействиям экстремальных погодных явлений и изменению климата, наблюдается нехватка приземных и аэрологических наблюдений. Тревожное состояние проблемы было подчеркнуто в 2020 году Всемирной Метеорологической Организацией. [28] в котором говорилось, что «ситуация в Африке демонстрирует резкое сокращение почти на 50% с 2015 по 2020 год количества полетов радиозондов, самого важного типа наземных наблюдений. В настоящее время отчетность имеет более плохой географический охват». За последние два десятилетия около 82% стран Африки столкнулись с серьезным (57%) и умеренным (25%) дефицитом данных радиозондов. [17] Эта тяжелая ситуация вызвала призыв к срочной необходимости восполнить пробел в данных в Африке и во всем мире. Огромный пробел в данных на такой значительной части суши, где проживают некоторые из наиболее уязвимых обществ, вышеупомянутый призыв стимулировал глобальные усилия. [29] «заполнить пробел в данных» в предстоящее десятилетие и остановить дальнейшее ухудшение работы сетей наблюдения.
Международное регулирование
[ редактировать ]Согласно Международному союзу электросвязи , вспомогательная служба метеорологии (также: служба вспомогательной радиосвязи метеорологии ) – в соответствии со статьей 1.50 Регламента радиосвязи МСЭ (РР) [30] – определяется как « Служба радиосвязи , используемая для метеорологических, включая гидрологические, наблюдений и исследований». Кроме того, согласно статье 1.109 РР МСЭ: [31]
Радиозонд — это автоматический радиопередатчик вспомогательной метеорологической службы, который обычно устанавливается на самолете , воздушном шаре , воздушном змее или парашюте и передает метеорологические данные. Каждый радиопередатчик классифицируется по службе радиосвязи , в которой он работает постоянно или временно.
Распределение частот
[ редактировать ]Распределение радиочастот осуществляется согласно статье 5 Регламента радиосвязи МСЭ (редакция 2012 г.). [32]
В целях улучшения гармонизации использования спектра большинство распределений служб, предусмотренных в этом документе, были включены в национальные таблицы распределения и использования частот, за которые отвечает соответствующая национальная администрация. Распределение может быть первичным, вторичным, исключительным и общим.
- первичное распределение: обозначается заглавными буквами (см. пример ниже)
- вторичное распределение: обозначается строчными буквами
- эксклюзивное или совместное использование: находится в компетенции администраций
Однако военное использование полос, предназначенных для гражданского использования, будет осуществляться в соответствии с Регламентом радиосвязи МСЭ.
- Пример распределения частот
| Распределение по услугам | ||
| Регион 1 | Регион 2 | Регион 3 |
401–402 МГц МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКАЯ СПРАВКА
| ||
См. также
[ редактировать ]- 6АК5
- Аэрография (метеорология)
- Модель атмосферы
- Атмосферная термодинамика
- КТД (инструмент)
- Методика глобального горизонтального зондирования
- Ракетный зонд
- Totex — японский производитель метеорологических шаров.
- Вайсала
- Вилхо Вяйсяля
- Активируемая водой батарея
- Крикетзонд
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Карин Л. Глисон (20 марта 2008 г.). «Озонозонд» . noaa.gov . Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Проверено 4 июля 2011 г.
- ^ Jump up to: а б «Часто задаваемые вопросы о программе наблюдения NWS» . Программа аэрологических наблюдений . Национальная метеорологическая служба США , Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Архивировано из оригинала 9 октября 2014 г.
- ^ «Равинзонд» . Британская энциклопедия онлайн . Британская энциклопедия Inc., 2014 г. Проверено 15 июня 2014 г.
- ^ Jump up to: а б «Радиозонд» . Откройте для себя: Измерение атмосферы (на французском языке). Метео-Франс . Архивировано из оригинала 7 декабря 2006 г. Проверено 30 июня 2008 г.
- ^ «Офис (Роберт)» . Погода от А до Я > Определение (на французском языке). Метео-Франс . Архивировано из оригинала 29 октября 2007 г. Проверено 30 июня 2008 г.
- ^ Jump up to: а б Дюбуа, Мультауф и Зиглер, «Изобретение и разработка радиозонда», Смитсоновские исследования по истории и технологиям , № 53, 2002 г.
- ^ Вернофф, С. «Радиопередача данных космических лучей из стратосферы», Nature , 29 июня 1935 г.
- ^ Jump up to: а б с д Дюбуа, Джон; Мультауф, Роберт; Зиглер, Чарльз (2002). «Изобретение и разработка радиозонда с каталогом зондов для телеметрии верхних слоев атмосферы в Национальном музее американской истории Смитсоновского института» (PDF) . Издательство Смитсоновского института . Проверено 13 июля 2018 г.
- ^ Гиллмор, Стюарт (26 декабря 1989 г.). «Семьдесят лет радионауки, технологий, стандартов и измерений в Национальном бюро стандартов». Эос, Труды Американского геофизического союза . 70 (52): 1571. Бибкод : 1989EOSTr..70.1571G . дои : 10.1029/89EO00403 .
- ^ Jump up to: а б Кларк, ET (сентябрь 1941 г.). «Радиозонд: стратосферная лаборатория». Журнал Института Франклина . 232 (3): 217–238. дои : 10.1016/S0016-0032(41)90950-X .
- ^ Jump up to: а б Лиде, Дэвид (2001). Век совершенства в измерениях, стандартах и технологиях . ЦРК Пресс. п. 42. ИСБН 978-0-8493-1247-2 .
- ^ «Радиомеорографы НБС :: Коллекция исторических фотографий» . nistdigitalarchives.contentdm.oclc.org . Проверено 13 июля 2018 г.
- ^ «Премия Мемориала Гарри Даймонда — предыдущие лауреаты — IEEE-США» . ieeeusa.org . Архивировано из оригинала 13 июля 2018 г. Проверено 13 июля 2018 г.
- ^ «Линейные служащие предупреждены об отключении радиозонда», Electrical World, 15 мая 1943 г.
- ^ «1943-радиозонд-фаталити.JPG (758x1280 пикселей)» . Архивировано из оригинала 8 февраля 2013 года.
- ^ Дайан Дж. Гаффен. Радиозондовые наблюдения и их использование в исследованиях, связанных со SPARC. Архивировано 7 июня 2007 г. в Wayback Machine . Проверено 25 мая 2008 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Дин, Тонг; Аванж, Джозеф Л.; Шерллин-Пиршер, Барбара; Кун, Майкл; Аня, Ричард; Зерихун, Аялсею; Буй, Луен К. (16 сентября 2022 г.). «Радиозатмение GNSS, восполняющее пробелы в данных африканского радиозонда, выявляет причины изменчивости климата в тропопаузе» . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 127 (17). Бибкод : 2022JGRD..12736648D . дои : 10.1029/2022JD036648 . hdl : 20.500.11937/91903 . S2CID 251652497 .
В эту статью включен текст из этого источника, доступного по лицензии CC BY 4.0 . - ^ Глобальная система наблюдений ВМО Аэрологические наблюдения . Проверено 19 февраля 2017 г.
- ^ Погодные шары! Проверено 1 января 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Радиозонды Получено 1 января 2023 г.
- ↑ Наземные станции Rawinsode в США. Архивировано 3 марта 2016 г., в Wayback Machine.
- ^ «Федеральный метеорологический справочник №3» . Ofcm.gov. Архивировано из оригинала 22 декабря 2013 г. Проверено 15 сентября 2013 г.
- ^ Знаете ли вы? Тестируем новые метеозонды: от Корнуолла до Антарктиды! Проверено 1 января 2023 г.
- ^ Защита наших возможностей наблюдения . Проверено 1 января 2023 г.
- ^ Синоптические и климатические станции . Дата обращения 1 января 2023 г.
- ^ МакГрат, Рэй; Земмлер, Тидо; Суини, Конор; Ван, Шию (15 июля 2006 г.). «Влияние ошибок дрейфа шаров в данных радиозондов на климатическую статистику» . Журнал климата . 19 (14): 3430–3442. Бибкод : 2006JCli...19.3430M . дои : 10.1175/JCLI3804.1 .
- ^ Белл, Тайлер М.; Грин, Брайан Р.; Кляйн, Петра М.; Карни, Мэтью; Чилсон, Филип Б. (16 июля 2020 г.). «Противодействие пробелу в данных о пограничном слое: оценка новых и существующих методологий исследования нижних слоев атмосферы» . Методы измерения атмосферы . 13 (7): 3855–3872. Бибкод : 2020AMT....13.3855B . дои : 10.5194/amt-13-3855-2020 . ISSN 1867-1381 .
- ^ «Пробелы в Глобальной базовой сети наблюдений (GBON)» .
- ^ «Как заполнение пробелов в данных изменит нашу реакцию на изменение климата» . Южно-Китайская Морнинг Пост . 31 октября 2021 г.
- ^ Регламент радиосвязи МСЭ, Раздел IV. Радиостанции и системы – статья 1.50, определение: вспомогательная метеорологическая служба/вспомогательная метеорологическая служба радиосвязи.
- ^ Регламент радиосвязи МСЭ, Раздел IV. Радиостанции и системы – статья 1.109, определение: радиозонд.
- ^ Регламент радиосвязи МСЭ, ГЛАВА II – Частоты, СТАТЬЯ 5 Распределение частот, Раздел IV – Таблица распределения частот
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Аэрологические данные по всему миру – прошлое и настоящее
- Таблица ВМО со всеми аэрологическими станциями по всему миру
- Интерпретация данных радиозонда, тефиграммы и P-диаграммы Skew-T log.
- Радиозондовый музей Северной Америки
- Радиозондовая система зондирования на webmet.com
- Информационный бюллетень по радиозонду Национальной метеорологической службы NOAA
- Sergei Nikolaevich Vernov
- СКР-658 фото
- ранние фотографии
- Фото - Радиозонд раннего типа
- Фото — Радиозонд транзисторного типа
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
- Телекоммуникационное оборудование
- Атмосферная термодинамика
- Французские изобретения
- Измерительные инструменты
- Метеорологические приборы и оборудование
- Русские изобретения
- Наука и техника в Советском Союзе
- Советские изобретения
- Радиостанции и системы МСЭ
- Международный союз электросвязи
- Атмосферное звучание