Русская Википедия:NEXRAD
NEXRAD (Шаблон:Lang-en) — разветвлённая сеть метеорологических радиолокационных станций, которая функционирует под управлением Национальной метеорологической службы США. Высокая производительность аппаратной части радаров NEXRAD позволяет организовать автоматизированное наблюдение и картографирование атмосферных осадков в режиме, близком к реальному времени с задержкой, не превышающей 6 минут. Это делает возможным вести оперативное обновление метеорологических данных для осуществления прогноза погоды и выдачи предупреждений о потенциальных стихийных бедствиях. Помимо прогноза погоды, метеорологические данные сети NEXRAD используются в других областях, например в сельском хозяйстве, сфере транспорта и гидротехникеШаблон:Sfn.
Общая информация
Появление сети NEXRAD состоялось благодаря совместным усилиям министерства торговли, министерствa обороны и министерства транспорта США[1]Шаблон:Sfn. Её фундаментом стал комплекс доплеровских радаров WSR-88D (Шаблон:Lang-en), который предназначался для замены метеорологического радиолокационного оснащения национальной метеорологической службы, военно-воздушных сил, управления гражданской авиации и военно-морского командования метеорологии и океанографииШаблон:Sfn.
Первые опыты по использованию доплеровского эффекта в радарной метеорологии в США начались в 1960-х годахШаблон:Sfn. Создание системы NEXRAD было запущено в 1976 году в Национальной лаборатории исследования сильных штормов (Норман, Оклахома). В 1979 году была создана концепция проекта, которая определяла общие подходы к разработке, а к 1980 году в рамках этой инициативы были утверждены детальные планы по реализации всей программы, технические требования, спецификации и распределение обязанностей между разработчиками. В 1986 и 1989 годах Оперативный центр контроля ВВС США AFOTEC провёл две серии экспериментов в рамках оценки эффективности и пригодности оборудования для программы NEXRAD, предложенного различными поставщикамиШаблон:Sfn.
В январе 1990 года в качестве основного подрядчика для выполнения контракта по поставке оборудования системы NEXRAD была выбрана корпорация Unisys. Первый доплеровский радар WSR-88D был установлен около города Оклахома-Сити осенью 1990 года. С этим событием началась модернизация технического оснащения и реструктуризация всей Национальной метеорологической службы США. К 1996 году полное количество введённых в строй радиолокационных установок с радарами WSR-88D достигло 140 рабочих станций, функционирующих под управлением ВВС и метеорологической службы. Помимо них на континентальной части США было построено 5 учебно-тренировочных метеостанций обеспечения. В дополнение к ним, 13 радаров системы WSR-88D планировались к монтажу на Аляске, Гавайях и в бассейне Карибского моряШаблон:Sfn.
По данным на 2019 год полное количество радиолокационных метеостанций NEXRAD равнялось 160[1]. Они обеспечивают надёжное покрытие всей континентальной территории США, на Гавайях, Аляске и в Пуэрто-РикоШаблон:Sfn. Считается, что точность прогноза выпадения дождевых осадков с помощью радаров NEXRAD особенно высока для восточной части территории США (примерно две трети от полной площади страны)Шаблон:Sfn. На момент введения системы NEXRAD в строй её основными достоинствами считались высокая чувствительность сенсоров, наличие режима проведения доплеровских измерений и возможность отображения измеренных величин в реальном масштабе времени, что способствует улучшению точности метеопрогнозовШаблон:Sfn.
Среди недостатков системы NEXRAD выделяются следующиеШаблон:Sfn:
- недостаточная функциональность в горных регионах страны из-за ограниченного обзора,
- невозможность зарегистрировать дождеобразование на низких высотах из-за того, что высоты радарных лучей возрастают с увеличением расстояния от радарных станций,
- неоднородность детектируемой отражаемости сигнала, которая меняется со временем и от одного места к другому,
- сложности с опознаванием смешанных и ледяных осадков,
- снижение площади охвата в зимний период времени,
- перебои в поступлении данных во время некоторых экстремальных ситуаций,
- и другие.
Техническая спецификация
Основой аппаратной части комплекса NEXRAD являются многофункциональные доплеровские радары WSR-88DШаблон:Sfn, которые работают на длине волны 10 см (S-полоса)[2]. Такой выбор рабочей длины волны был продиктован необходимостью минимизировать взаимодействие системы NEXRAD с радиолокационным оборудованием другого назначения. Вся конструкция разрабатывалась специально для предсказания торнадо, точной детекции и позиционирования вихревых и турбулентных потоков, профилей сдвига ветра и оценки границ районов градообразованияШаблон:Sfn.
Дальность действия каждого радара составляет 230 км[3]. На высоте 10 000 футов (около 3000 метров) система NEXRAD обеспечивает почти непрерывное покрытие почти всей территории США, за исключением западных районов страны, где гористый рельеф делает невозможным сканирование вдоль подстилающей поверхностиШаблон:Sfn. В качестве регистрируемых величин в процессе работы были выбраны отражаемость сигнала, средняя радиальная скорость и ширина доплеровского спектра с разрешением 1 градус на 1 километр (на расстоянии 460 кмШаблон:Sfn). Начиная с 2008 года результаты измерений можно получить в сверхразрешении 0,5 градуса на 0,25 километра. После 2011 года была запущена модернизация радарных станций комплекса NEXRAD. Получив способность работы в режиме двойной поляризации, в дополнение к вышеупомянутым параметрам, они начали регистрировать дифференциальную отражаемость, корреляционный коэффициент сигнала и дифференциальный фазовый набег[2].
- Принцип работы радиолокатора
Микроволновой генератор передатчика радара WSR-88D создаёт продолжительный когерентный сигнал на несущей частоте, который преобразуется в последовательность импульсов модулятором. Эти импульсы усиливаются клистронным усилителем до величин в 1 МВатт пиковой мощности (по данным NOAA — до 700 кВт[4]), однако средняя мощность обычно не превышает киловаттаШаблон:Sfn. Излучаемый антенной сигнал имеет горизонтальную поляризациюШаблон:Sfn.
- Некоторые технические характеристики системы
| Наименование | Значение |
|---|---|
| Диаметр параболического отражателя антенны | 8,54 м |
| Коэффициент усиления антенны | 44,5 дБ |
| Ширина луча | 1° |
| Вертикальный диапазон углов | от −1° до +60° |
| Уровень боковых лепестков | менее 26 дБ |
| Частота сканирования | 30° в секунду по азимуту и углу места |
| Используемая поляризация | линейная, горизонтальная |
| Диапазон рабочих частот передатчика | 2700—3000 МГц |
| Максимальное значение пиковой мощности импульса | 475 кВт |
| Длина импульса | 1,57 — 4,57 мкс |
| Динамический диапазон приёмника | 93 дБ |
| Промежуточная частота приёмника | 57,6 МГц |
Обработка полученных данных
С методологической точки зрения полный цикл получения измеренных величин включает в себя три основных этапа. Во время первого шага (Шаблон:Lang-en) осуществляется генерирование и снятие с приёмного тракта радиолокационного сигнала. Следом за этим происходит предварительная обработка радарных данных (Шаблон:Lang-en) во время которой измеренные радиолокационные величины преобразуются в метеорологические и гидрологические параметрыШаблон:Sfn. Для оценки текущей нормы выпадающих дождевых осадков посредством измеренной радаром отражаемости используется классическое соотношение следующего видаШаблон:Sfn:
где:
- <math>Z</math> — радиолокационная отражаемость сигнала,
- <math>R</math> — наблюдаемый уровень осадков.
При оценке уровня снегопада используется другая эмпирическая формула с теми же параметрамиШаблон:Sfn:
Следом за этим осуществляется контроль качества и мониторинг хода измерений, запись данных и их распределение. На последнем шаге (Шаблон:Lang-en) идёт обработка информации для конечного потребителя. Для этого аппаратная часть радарного комплекса включает в себя рабочую станцию с графическим процессором и 19-ти дюймовым монитором, цветной принтер и терминал коммуникационной системы. На этом шаге полученные данные отображаются, аннотируются и записываются по выбору оператора в нужном графическом представлении с нужным выбором параметров и их значенийШаблон:Sfn.
Список объектов
Примечания
Литература
Шаблон:ВС Шаблон:Добротная статья
- ↑ 1,0 1,1 NEXRAD Шаблон:Wayback National Oceanic and Atmospheric Administration, 2019
- ↑ 2,0 2,1 NEXRAD data Шаблон:Wayback Google Cloud, 2019
- ↑ NEXRAD Шаблон:Wayback NOAA’s National Weather Service, 2019
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
