NEXRAD

A NEXRAD ( Next Generation Radar ) időjárási radarállomások kiterjedt hálózata , amelyet az Egyesült Államok Nemzeti Meteorológiai Szolgálata üzemeltet .  A NEXRAD radar hardverének nagy teljesítménye lehetővé teszi a légköri csapadék automatikus megfigyelését és feltérképezését a valós időhöz közeli módban, legfeljebb 6 perc késéssel. Ez lehetővé teszi a meteorológiai adatok naprakészen tartását az időjárás előrejelzéshez és a lehetséges természeti katasztrófákra való figyelmeztetéshez. A NEXRAD meteorológiai adatait az időjárás-előrejelzésen kívül más területeken is felhasználják, például a mezőgazdaságban , a közlekedésben és a vízépítésben [1] .

Általános információk

A NEXRAD hálózat kialakulása a Kereskedelmi Minisztérium , a Védelmi Minisztérium és az Egyesült Államok Közlekedési Minisztériuma [2] [3] közös erőfeszítéseinek köszönhető . Megalapítása a WSR-88D ( Eng. W eather S urveillance R adar 88 D oppler ) Doppler - radarok komplexuma volt , amely az Országos Meteorológiai Szolgálat, a Légierő , a Légiközlekedési Hivatal és a légiközlekedési hivatal meteorológiai radarberendezéseit hivatott helyettesíteni. Haditengerészeti Meteorológiai és Oceanográfiai Parancsnokság [4] .  

A Doppler-effektus radarmeteorológiában való felhasználásával kapcsolatos első kísérletek az Egyesült Államokban az 1960-as években kezdődtek [5] . A NEXRAD rendszer létrehozását 1976-ban indították el a National Severe Storm Research Laboratory-ban ( Norman , Oklahoma ). 1979-ben megszületett a projekt koncepciója, amely meghatározta a fejlesztés általános megközelítéseit, majd 1980-ra ennek a kezdeményezésnek a részeként jóváhagyták a teljes program megvalósításának részletes terveit, a műszaki követelményeket, a specifikációkat és a fejlesztők közötti felelősségmegosztást. . 1986-ban és 1989-ben az Egyesült Államok Légierejének Hadműveleti Irányító Központja, az AFOTEC két kísérletsorozatot végzett a különféle gyártók által javasolt NEXRAD programhoz szükséges berendezések hatékonyságának és alkalmasságának értékelésére [4] .

1990 januárjában a Unisys Corporation-t választották a NEXRAD rendszerberendezésekre vonatkozó szerződés fővállalkozójaként . Az első WSR-88D Doppler radart 1990 őszén telepítették Oklahoma City közelében. Ezzel az eseménnyel megkezdődött a technikai eszközök korszerűsítése és a teljes amerikai Nemzeti Meteorológiai Szolgálat átalakítása. 1996-ra a WSR-88D radarokkal üzembe helyezett radarberendezések száma elérte a 140, a légierő és a meteorológiai szolgálat irányítása alatt működő munkaállomást. Rajtuk kívül 5 gyakorló meteorológiai állomás épült az Egyesült Államok kontinentális részén. Ezeken kívül 13 WSR-88D radar telepítését tervezték Alaszkában , Hawaii -on és a Karib -térségben [6] .

2019-ben a NEXRAD meteorológiai radarállomások száma összesen 160 volt [2] . Megbízható lefedettséget biztosítanak az Egyesült Államok, Hawaii, Alaszka és Puerto Rico egész kontinentális területén [7] . Úgy gondolják, hogy a NEXRAD csapadék-előrejelzéseinek pontossága különösen magas az Egyesült Államok keleti részén (az ország teljes területének körülbelül kétharmada) [7] . A NEXRAD rendszer üzembe helyezésekor fő előnyeinek az érzékelők nagy érzékenységét, a Doppler mérési mód jelenlétét és a mért értékek valós időben történő megjelenítésének lehetőségét tekintették, ami segít az időjárás-előrejelzések pontosságának javítására [3] .

A NEXRAD rendszer hátrányai közül a következőket emelik ki [7] :

Műszaki specifikáció

A NEXRAD komplexum hardverének alapja a WSR-88D [8] multifunkcionális Doppler radarok , amelyek 10 cm-es hullámhosszon ( S - sáv ) működnek [9] . A működési hullámhossz ezt a megválasztását a NEXRAD rendszer és más radarberendezések közötti kölcsönhatás minimalizálásának igénye szabta meg . Az egész tervet kifejezetten a tornádó előrejelzésére , az örvényes és turbulens áramlások pontos észlelésére és pozicionálására, a szélnyírási profilokra és a városi területek határainak felmérésére fejlesztették ki [10] .

Mindegyik radar hatótávolsága 230 km [11] . 10 000 láb (kb. 3000 méter) magasságban a NEXRAD rendszer szinte folyamatos lefedettséget biztosít szinte az Egyesült Államok egészére, kivéve az ország nyugati régióit, ahol a hegyvidéki terep lehetetlenné teszi az alatta lévő felszín mentén történő pásztázást. [6] . A munka során rögzített értékként a jelreflexiót, az átlagos radiális sebességet és a Doppler-spektrum szélességét választottuk 1 fok/1 kilométer felbontással (460 km távolságban [10] ) . 2008 óta 0,25 kilométerenként 0,5 fokos szuperfelbontással érhetők el a mérések. 2011 után megkezdődött a NEXRAD komplexum radarállomásainak korszerűsítése . Miután elnyerték a kettős polarizációs üzemmódban való működés képességét , a fenti paraméterek mellett elkezdték regisztrálni a differenciális visszaverőképességet , a jelkorrelációs együtthatót és a differenciális fáziseltolást [9] .

A radar működési elve

A WSR-88D radaradó mikrohullámú generátora a vivőfrekvencián folyamatos koherens jelet hoz létre, amelyet a modulátor impulzussorozattá alakít át. Ezeket az impulzusokat klistron erősítő erősíti 1 MW csúcsteljesítményig ( a NOAA szerint  700 kW-ig [12] ), de az átlagos teljesítmény általában nem haladja meg a kilowatttot [13] . Az antenna által kibocsátott jel vízszintes polarizációjú [14] .

A rendszer néhány műszaki jellemzője
Név Jelentése
Antenna reflektor átmérője 8,54 m
Antenna erősítés 44,5 dB
Nyaláb szélessége 1°
Függőleges szögtartomány -1° és +60° között
oldallebeny szint kevesebb, mint 26 dB
Szkennelési frekvencia 30° másodpercenként azimutban és magasságban
Használt polarizáció lineáris, vízszintes
Az adó működési frekvencia tartománya 2700-3000 MHz
A maximális impulzusteljesítmény értéke 475 kW
Impulzushossz 1,57-4,57 µs
A vevő dinamikus tartománya 93 dB
Vevő köztes frekvenciája 57,6 MHz

Adatfeldolgozás

Módszertani szempontból a mért értékek megszerzésének teljes ciklusa három fő szakaszból áll. Az első lépésben ( eng.  Radar Data Acquisition ) a radarjel generálása és eltávolítása a vételi útról történik. Ezt követi a radaradatok előfeldolgozása ( angol  Radar Product Generation ), melynek során a mért radarértékeket meteorológiai és hidrológiai paraméterekké alakítják [15] . Az aktuális csapadékmennyiség becslésére a radar által mért reflexió segítségével a következő klasszikus összefüggést használjuk [16] :

ahol:

- a jel radarvisszaverő képessége, a megfigyelt csapadékszint.

A havazás mértékének értékelése során egy másik empirikus képletet használnak ugyanezekkel a paraméterekkel [17] :

Ezt követi a minőségellenőrzés és a mérés előrehaladásának nyomon követése, az adatok rögzítése és elosztása. Az utolsó lépés ( eng.  Principal User Processor ) az információk feldolgozása a végfelhasználó számára. Ennek érdekében a radarkomplexum hardverében grafikus processzorral és 19 hüvelykes monitorral ellátott munkaállomás , színes nyomtató és kommunikációs rendszerterminál található. Ebben a lépésben a kapott adatokat megjelenítjük, megjegyzésekkel látjuk el és rögzítjük az operátor választása szerint a kívánt grafikus ábrázolásban, a kívánt paraméterekkel és azok értékeivel [15] .

Objektumok listája

NEXRAD hálózati objektumok listája és koordinátáik [18]

Jegyzetek

  1. ↑ Nemzeti Kutatási Tanács, 2007 , Radar Data, p. 39-42.
  2. ↑ 1 2 NEXRAD archiválva : 2021. április 30., a Wayback Machine National Oceanic and Atmospheric Administration, 2019.
  3. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Abstract, p. 1669.
  4. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Bevezetés, p. 1669.
  5. ↑ Fukao, Hamazu, 2014 , Csapadék-megfigyelő radar, p. 344.
  6. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Bevezetés, p. 1670.
  7. ↑ 1 2 3 Nemzeti Kutatási Tanács, 2007 , Radar Data, p. 41.
  8. ↑ Nemzeti Kutatási Tanács, 2007 , Radar Data, p. 39.
  9. ↑ 1 2 NEXRAD adatok archiválva : 2019. november 23., Wayback Machine Google Cloud, 2019
  10. ↑ 1 2 Fukao, Hamazu, 2014 , NEXRAD: WSR-88D, p. 344.
  11. ↑ NEXRAD archiválva : 2020. január 3., a Wayback Machine NOAA Nemzeti Meteorológiai Szolgálata, 2019
  12. ↑ NEXRAD  műszaki információ . NOAA (2017. november 7.). Letöltve: 2020. január 3. Az eredetiből archiválva : 2020. január 3.
  13. ↑ Holton, 2003 , Doppler Radar, p. 1803.
  14. ↑ Crum, Alberty, 1993 , WSR-88D áttekintés, p. 1672.
  15. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , WSR-88D áttekintés, p. 1671-1674.
  16. ↑ Fukao, Hamazu, 2014 , Relation Between Rainfall Rate and Radar Reflectivity Factor, p. 178.
  17. ↑ Fukao, Hamazu, 2014 , Relation Between Rainfall Rate and Radar Reflectivity Factor, p. 179.
  18. ↑ NEXRAD helyek és koordináták (a hivatkozás nem elérhető) . noaa.gov . Nemzeti Klíma Adatközpont. Letöltve: 2018. április 13. Az eredetiből archiválva : 2009. május 3.. 

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák