Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Анализ радиолокационной карты МРЛ-5

Анализ радиометеорологической информации

МРЛ-5 (метеорологический радиолокатор) - сложнейшее радиоэлектронное устройство, которое позволяет обнаружить облака и осадки, измерить мощность отражённого сигнала от заданного объёма. Принцип действия импульсного радиолокатора заключается в том, что электромагнитная энергия сверхвысокочастотного диапазона радиоволн излучается в виде кратковременных импульсов (= 1-2 мкс) большой (свыше 100 КВт) мощности. Излучение импульсов происходит узконаправленной параболической антенной, которая фокусирует электромагнитное излучение в весьма узкий радиолуч с шириной диаграммы направленности, как правило, не более 0,5 градуса.

Когда импульс встречает на своем пути цель, часть его энергии рассеивается по направлению к приёмнику, обычно располагающемуся рядом с передатчиком и работающему вместе с ним на одну антенну. Принятый сигнал, или радиоэхо, очень слаб по сравнению с посылаемым импульсом, поскольку волна ослабляется пропорционально квадрату пройденного расстояния, и цель отражает только маленькую долю приходящей волны. После значительного его усиления, сначала антенной, а затем приёмником, и после детектирования сигнал поступает на устройство визуального отображения информации, чаще всего на электронно-лучевую трубку (ЭЛТ). Временная развёртка ЭЛТ запускается синхронно с импульсом передатчика, в промежутке между импульсами передатчика работает приёмник. Отражённый от цели сигнал появляется на некотором расстоянии от начала развёртки и представляет собой промежуток времени, необходимый для прохождения лучом двойного пути между приёмно-передающим устройством и отражающей его целью.

Если известны угол места и азимут луча, излучаемого антенной, то можно определить положение цели в трёхмерном пространстве. Основными объектами, формирующими радиоэхо в атмосфере, являются водяные и ледяные частицы, из которых состоят облака и осадки. В отличие от сплошных (например, самолеты), метеорологические объекты (облака, дождь, снег) по характеру отражения относятся к объёмным (или объёмно-распределённым), т. е. отражённый сигнал формируется большой совокупностью капель или снежинок.

Лабораторная работа № 3

Анализ радиолокационной карты МРЛ-5

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Приобрести практические навыки анализа радиометеорологической информации.

2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РАБОТЫ

Данные первичных измерений на МРЛ в ближней и дальней зонах (выдаются преподавателем).

3. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Наблюдения с использованием МРЛ проводятся в определённые контрольные сроки (синоптические, сроки составления прогнозов на посадку воздушного судна, сроки регулярных и специальных наблюдений фактической погоды), а при наличии в радиусе 100-150 км опасных для авиации явлений погоды, связанных с кучево-дождевыми облаками, практически непрерывно. Форма и объём информации определяются сроком наблюдения, характером наблюдающихся явлений и расстоянием потребителя до пункта наблюдений. По данным МРЛ составляется карта-схема, информация с которой передаётся по связи заинтересованным организациям. При обнаружении опасных зон в радиусе 100 км такую карту составляют каждые 30 минут.

Радиолокационная информация наносится на специальный бланк Ф-2 (на бланке вычерчиваются контуры, аналогичные изображениям на экране МРЛ.), состоящий из двух частей: ближней и дальней зоны. В ближней зоне (радиус 40 км) наносится до четырёх вертикальных разрезов по азимутам, в направлении которых наблюдаются наиболее интенсивные очаги радиоэха. В верхней части бланка указывается дата, срок наблюдения (указывается Всемирное скоординированное время (ВСВ) и московское), период наблюдения (начало и конец наблюдений).

Условными обозначениями указываются зона и форма облачности, характеристики отражаемости, площади; цифрами в виде дроби указываются верхняя и нижняя границы облачности. Рядом со знаками грозы и ливня ставится цифра, соответствующая интенсивности радиоэха. Направление перемещения зоны указывается стрелкой, рядом с которой цифрами обозначается направление в градусах и скорость в км/ч. Эти значения повторяются в нижней части бланка.

На бланке используются следующие условные обозначения:

сплошными линиями очерчивается внешний контур радиоэха;
верхние и нижние границы радиоэха обозначаются крестиком;
над чертой записывается верхняя и под чертой - нижняя границы облаков;
зона максимальной отражаемости отмечена мелкой штриховкой;
форма облаков обозначается латинскими буквами: S (нижнего яруса), А (среднего), С (верхнего), N (слоисто-дождевые облака) и Q (облака вертикального развития);
виды атмосферных осадков и явлений указываются общепринятыми символами.

Информация дальней зоны представляется на бланке карты в масштабе, близком к 1:250 000.

На него наносятся:

внешние контуры радиоэха, где имеется информация о максимальной высоте радиоэха (Н_max) и десятичном логарифме отражаемости (lg Z), очерчиваются сплошными линиями; дополнительно выделяются зоны, занятые одним типом радиоэха. Границы радиоэха слоистообразных облаков (St, Sc, As, Ac, Ns) обозначаются прерывистой линией, так как площади распространения значительно больше дальности их обнаружения;
рядом с контуром радиоэха записывается тип облачного поля или форма облаков (S, А, С, A-N, A-N-Q и т. д.);
для облачных полей, не содержащих конвективных облаков, радом с формой записываются максимальная и преобладающая высоты радиоэха, вид явления и его интенсивность;
тенденция изменения облачного поля, изменение отражаемости (Z) и площади радиоэха (S);
скорость (км/ч) в направление, куда перемещается радиоэхо;
видимая радиолокатором зона осадков обозначается мелким пунктиром;
в центре квадрата 60x60 км (или 30x30 км) проставляются символами явления погоды. Слева от символа записываются значения максимальной высоты радиоэха, вверху справа - интенсивность радиоэха в цифрах кода RADOB (radar observation).

Карта МРЛ анализируется в такой последовательности:

очаги гроз и зоны града с вероятностью не менее 90 % закрашиваются красным цветом и отмечаются значком сильной турбулентности;
очаги гроз с вероятностью 75-90 % заштриховываются и помечаются значком умеренной турбулентности; очаги гроз с вероятностью 30-75 % только очерчиваются, на них ставится значок слабой турбулентности;
зоны ливневых и обложных осадков выделяются зеленым цветом;
зоны мощных кучевых и кучево-дождевых облаков закрашиваются синим цветом.

При выделении зон градовых и грозовых очагов следует учитывать верхнюю границу, интенсивность радиоэха кучево-дождевых облаков и тенденцию развития облачного поля. Так, при одинаковых значениях отражаемости верхняя граница градоопасных облаков на 2-3 км выше границы грозоопасных, а верхняя граница грозового облака на 1-2 км выше границы ливневого облака.

4. ПРИМЕР АНАЛИЗА

В Приложении 3 представлены данные наблюдений МРЛ АМСГ Томск за 08 ч. 02 июля 2006 г. Число и срок наблюдений по ВСВ внесены в таблицу, расположенную в правом верхнем углу дальней зоны.

Анализ начинается с ближней зоны, поскольку там больше информации и она подробнее. В ближней зоне имеются наблюдения в четырёх направлениях. Азимут каждого направления указан над соответствующим разрезом.

Следует отметить три задачи анализа:

определить типы радиоэха на каждом разрезе;
определить тип облачности, которому принадлежит данное радиоэхо;
определить наличие опасных явлений, которые связаны только с конвективной облачностью.

Возможны три ситуации: наблюдаются только изолированные радиоэха конвективных облаков (РКО); наблюдается только радиоэхо слоистых облаков (РСО); наблюдается радиоэхо конвективных и слоистых облаков (РКСО).

В первом случае, когда наблюдается только РКО, идентификация основана на их характерной форме (ширина соизмерима с высотой), наличии, как правило, яркой области внутри, довольно больших значений lg Z и особенностях распределения этого параметра с высотой, когда на уровне Н₃ он остаётся таким же, как и на уровне Н₂. Не всегда перечисленные факторы имеют место одновременно. Так, яркая область и большие значения lg Z характерны для Сb, находящихся в стадии зрелости. В то же время контуры такого радиоэха становятся своеобразными уже со стадии зарождения. А к концу стадии максимального развития и на стадии диссипации они искажаются за счет разрушения и эволюции Сb в высококучевые и перисто-кучевые облака.

Если РКО распространяется до земли, то это указывает на наличие осадков ливневого характера, интенсивность которых определяется по величине lg Z на уровне Н₁. Характер осадков (интенсивность, продолжительность, пространственные размеры) тоже являются информацией для идентификации радиоэха.

Если радиоэхо не имеет выделенных ярких областей и не меняется или мало меняется в разных частях радиоэха, верхняя граница радиоэха ровная и иногда распадается на несколько горизонтальных слоёв, то это радиоэхо слоистообразных облаков. Необходимо определить, к какому ярусу или ярусам оно относится. Если из облачности выпадают осадки (естественно, не ливневого характера) и величина lg Z₁ 0, то это значит, что радиоэхо может принадлежать облачности типа Ns, St или As (соответственно N, S или А). Как мы знаем, из Ns выпадают обложные осадки, они довольно интенсивные и эта интенсивность мало меняется по территории (здесь можно использовать и информацию дальней зоны о пространственных размерах осадков). Мощность радиоэха такой облачности до 7 км и более (облачность C-A-N).

Если же выпадают слабые моросящие осадки, а вертикальная мощность радиоэха не превышает 3 км, то это радиоэхо облачности нижнего яруса и её следует идентифицировать как S.

Иногда облачность нижнего яруса сливается с облачностью среднего яруса, в то время как выпадают слабые моросящие осадки. В этом случае высота верхней границы радиоэха должна быть около 5-6 км. Тогда такое радиоэхо можно идентифицировать как A-S.

Если из РСО осадки не выпадают, то его идентификация сводится к определению яруса, что делают на основе данных о высоте нижней и верхней границ радиоэха. Если оно имеет нижнюю границу около 0,5 км, а верхнюю около 2-3 км, то это облачность нижнего яруса S, если 2-3 и 4-5 км соответственно, то это радиоэхо облачности среднего яруса А, и если нижняя граница радиоэха выше 6 км, то это облачность верхнего яруса С. Радиоэхо облачности среднего и верхнего яруса «сужается» с удалением от МРЛ быстрее, чем радиоэхо нижнего яруса.

Часто радиоэхо облачности двух или даже трёх ярусов невозможно разделить на экране ИДВ. Тогда её идентифицируют как облачность двух ярусов, например, A-S, если высота нижней границы была около 1 км, а верхней - около 5 км, или С-А при высоте нижней границы более 2 км, а верхней выше 6 км. Возможны и другие сочетания.

Наиболее сложным считается анализ РКСО. В этом случае конвективные облака замаскированы облачностью других типов, чаще всего Ns. Наличие конвективных ячеек среди РСО определяют в первую очередь по наличию яркой части радиоэха, которая является сердцевиной конвективной ячейки.

Кроме того, величины lg Z в этом месте обычно велики на всех высотах, во всяком случае, они больше, чем в остальной части радиоэха. И, наконец, очень часто показательным является ход верхней границы радиоэха. Ровный её ход над слоистым облаком сменяется значительным подъёмом над конвективной ячейкой.

Этот критерий особенно важен, когда величины lg Z невелики. Указанием на конвективную облачность могут служить ливневые осадки.

Анализ начинают с того, что устанавливают на основе вышеперечисленных критериев местонахождение конвективных ячеек и анализируют их, как это принято для РКО. Оставшуюся часть радиоэха идентифицируют как РСО, соответствующими приёмами.

На вертикальном разрезе в направлении 20° имеется однородный довольно ровный контур верхней границы радиоэха на высоте 9,6 км (помечено крестиком), нижняя граница достигает земли, следовательно, из облака выпадают осадки. На основе анализа высоты верхней границы и распределения значений радиолокационной отражаемости (выделение более яркой части радиоэха) определены следующие формы облачности: слоистообразная всех уровней, дающая слабый дождь (зона осадков наблюдается до 50 км), и маскированная кучево-дождевая облачность (C-A-S-Q) с ливневым дождем слабой интенсивности, расположенным, как и зона наибольшей отражаемости РКО, на удалении 15 км.

Для маскированной кучево-дождевой облачности величины отражаемости измерены (место помечено крестиком) на уровнях Н₁ и Н₂, а для обложных осадков только на уровне Н₁. Положение наибольшей отражаемости в зоне РКО отмечено вертикальной извилистой линией, расположенной на удалении 15 км от МРЛ. Результаты определения высот верхней и нижней границ радиоэха записаны в виде дроби и расположены выше рисунка вертикального разреза с указанием формы облачности (слева от дроби) и явления с его интенсивностью (справа от дроби).

Наблюдаемое в азимуте 145° радиоэхо можно идентифицировать как РКО (облачность Q). Ширина радиоэха соизмерима с высотой, выделена зона достаточно больших значений lg Z на всех уровнях. Передний край кучево-дождевого облака находится на расстоянии 10 км, его протяжённость вместе с наковальней составляет 25 км.

Верхняя граница радиоэха находится на высоте 10 км, а нижняя достигает земли, что говорит о том, что из облака выпадают осадки. Учитывая параметры радиоэха, необходимо проверить, не сопутствуют ли ему опасные явления. Проверка осуществляется с помощью критерия «У»:

У=Hmax lgZ=10*1?9=19

Полученное значение У превышает У критическое, рассчитанное для анализируемого дня и составляющее 8,4. Величина различия между значениями свидетельствует о том, что вероятность грозы составляет более 90 %. Интенсивность грозы определяется по значению радиолокационной отражаемости на уровне Н₃, равному 1,9. Интенсивность грозы умеренная и обозначается символом R⁴.

Рядом с грозой следует поставить знак сильных ливневых осадков, т. к. его интенсивность выше, чем у грозы. Все характеристики облака указывают на то, что оно находится в стадии зрелости.

В азимуте 220° наблюдается слоистообразная облачность всех уровней (C-A-S). Верхняя граница облачности составляет 10 км. Конвективных ячеек не обнаружено. Значение радиолокационной отражаемости на уровне Н₁ составляет 0,6, что соответствует слабому обложному дождю. Наличие осадков подтверждается и характером радиоэха, нижняя граница которого простирается до земли. Зона обложных осадков выделена пунктирной линией, нанесённой вдоль поверхности земли на высоте менее 500 м. Характеристики облачности и сопутствующих ей явлений записаны над рисунком вертикального разреза в этом направлении.

Разрез по азимуту 340° схож с разрезом по азимуту 20°. Совпадают и формы облачности, и наблюдаемые явления. Некоторые различия наблюдаются в высотах верхней границы облаков и интенсивности ливневых осадков. Интенсивность осадков оценивается по величине lg Z на уровне Н₁. Интенсивность осадков по азимуту 340° (определены как умеренные) больше, чем интенсивность осадков по азимуту 20° (определены как слабые), поскольку значения радиолокационной отражаемости на уровне Н₁ здесь выше на одну градацию.

По окончании анализа в БЗ переходят к анализу данных в дальней зоне. Анализ в ДЗ начинают с квадратов, занятых конвективной облачностью и помеченных крестиками еще в процессе наблюдения. Ясно, что в этих квадратах имеет место конвективная облачность, а есть ли в них еще и какая-то другая облачность, уже не имеет значения. После анализа данных в этих квадратах (в т. ч. и анализа на наличие опасных явлений) переходят к анализу информации в других квадратах, не помеченных крестиками.

Среди них тоже имеются квадраты с конвективной облачностью, которые надо найти. Это делают на основе анализа величины lg Z и её распределения с высотой в каждом квадрате, анализа высоты верхней границы радиоэха в сравнении с его высотой в смежных квадратах.

Анализ lg Z начинают с оценки его величины. Если lg Z на уровне Н₂ больше или равен 1,5, то в этом квадрате имеется конвективная ячейка, даже если отражаемость на уровне Н_З не измерялась (например, из-за её малой величины). Такой вывод делают на том основании, что никакая другая облачность, даже Ns, не имеет такой величины lg Z на уровне Н₂. Наличие данных об отражаемости на уровнях Н₂ и Н₃ независимо от величины однозначно указывает на наличие конвективной ячейки в квадрате, т. к. все другие типы облачности, наблюдающиеся на высотах около 6 км, имеют слабую отражаемость, измерение которой затруднено. На этом же основании, если измерена величина lg Z только на уровне Н_З, считается, что в квадрате имеется конвективная ячейка.

Наибольшие трудности возникают, если имеется измерение величины lg Z только на уровне Н₂ и оно невелико (около единицы или меньше). Здесь может помочь анализ высоты верхней границы радиоэха, понимание общего процесса эволюции радиоэха (например, что было в предыдущий срок, какова тенденция его развития и др.), а также знание региональных особенностей.

После идентификации всех квадратов с конвективной облачностью (и опасных явлений) переходят к анализу радиоэха в остальных квадратах. При этом помнят, что конвективная облачность (если она имела место), развиваясь и разрушаясь, продуцирует другие виды облачности, в первую очередь облачность среднего, а также верхнего яруса. Идентификацию могут облегчить данные анализа в ближней зоне. Сам анализ желательно вести, начиная с центра дальней зоны, т. е. с района, соответствующего ближней зоне.

Если в дальней зоне конвективные ячейки не наблюдаются, то идентификацию радиоэха ведут на основе данных о радиусе возможного обнаружения облачности разных типов, высоты верхней границы, занимаемой площади, величины lg Z. В радиусе до 100 км важной является информация об осадках: их пространственном распределении, интенсивности. Следует отметить, что в отсутствие конвективной облачности радиоэхо в радиусе действия МРЛ более однородно, менее изменчиво, и в этом случае данные анализа в ближней зоне более эффективны в качестве вспомогательной информации для анализа в дальней зоне.

В дальней зоне имеется одно большое (основное) радиоэхо и четыре небольших. Во всех квадратах 30x30 км, где есть радиоэхо, записаны высоты верхней границы радиоэха (левый верхний угол квадрата), а в некоторых нанесена отражаемость на одном-трёх уровнях (справа). В ячейке с конвективными облаками поставлен крестик, эти ячейки необходимо подвергнуть анализу на наличие в них опасных явлений. В первую очередь анализируются ячейки, расположенные вблизи МРЛ, затем остальные.

На бланке Ф-2 радиоэхо в ячейках 55, 34, 35 и 63 идентифицировано как кучево-дождевые облака с умеренными грозами. Анализ проводился по методу сравнения значений У, рассчитанных для каждой ячейки, со значением У критического. Te конвективные ячейки, где гроз не обнаружено, анализируются на наличие осадков по значениям lg Z₁. В квадратах (например, ячейки 45 и 54), где интерпретированы ливневые осадки, в нижнем левом углу проставлен знак ливневых осадков с указанием интенсивности. В радиусе до 100 км имеется область, очерченная пунктирной линией, ограничивающая зону слабых обложных осадков. Знак обложных осадков и их интенсивность, поскольку она во всех ячейках одинакова, вынесены в надпись на свободное поле дальней зоны. Оставшиеся ячейки с радиоэхом идентифицированы как слоистообразная облачность, т. к. в них отсутствуют значения lg Z на любом из уровней. Обобщённая информация о типе радиоэха, о формах облачности, о тенденции развития и смещении радиоэха вынесена на свободное поле бланка.

В ней указаны: тип радиоэха - РКСО; форма облачности - слоистообразная облачность всех ярусов (C-A-S) с максимальной (10 км) и преобладающей (10 км) высотами верхней границы и знаком слабых обложных осадков (:2). Для кучево-дождевой облачности выносится только её символ (Q), все остальные характеристики указаны в ячейках 30x30 км, поскольку они могут различаться существенно.

Большой практический интерес представляет знание тенденции развития радиоэха, а также направления и скорости перемещения. Для оценки тенденции используют два признака: характерную отражаемость и площадь радиоэха (S). За характерную отражаемость (lg Z_хар) для РКО и РКСО берут наибольшую отражаемость на любом из уровней Н₁, Н₂ и Н₃ в радиусе до 180 км от МРЛ. В данном случае характерная отражаемость равна 2,6 и приведена в таблице, помещённой в правом нижнем углу бланка. Если за время между наблюдениями lg Z_хар увеличилась, то делается отметка Z+, если уменьшилась, то Z-.

Аналогично, если площадь радиоэха увеличилась на 20-25 % по сравнению с предыдущим наблюдением, то записывается S+, если уменьшилась, то S-. Характеристики тенденции приведены в таблице, помещённой в правом нижнем углу, бланка. Тенденция развития указывает синоптику на возможное направление развития процесса. Если, например, в зоне видимости МРЛ наблюдается РКО или РКСО и lg Z_хар растет (при этом обычно увеличивается и площадь), то вполне разумно ожидать в ближайшее время дальнейшего роста lg Z_хар и связанных с этим явлений. Понижение lg Z_хар может указывать на начало диссипации облачной системы. Для определения направления смещения радиоэха имеющиеся контуры радиоэха за анализируемый срок сравниваются с контуром за предыдущий ежечасный срок наблюдения. Выделяется и сравнивается либо центр тяжести радиоэха, либо его чётко очерченный передний край, либо зона осадков. По разнице положений определяется направление d (с точностью до ближайших 10°) и расстояние L (с точностью до 5 км), на которое сместилось радиоэхо за период времени t.

Скорость перемещения вычисляется по формуле f = 60·L/t (км/ч), где t = t₂ - t₁ (мин) - промежуток времени. Здесь t₂ - время обведения контура радиоэха в текущий срок наблюдения, t₁ - время обведения контура радиоэха в предыдущий срок. В таблице, помещённой в правом нижнем углу бланка Ф-2, указаны t₂, t₁, t. Вычисленные значения f и d записываются на бланк Ф-2 рядом с вектором перемещения (f = 30 км/час, d = 55°). Особенности способа определения тенденции развития и перемещения радиоэха записываются на свободном поле бланка вне контура дальней зоны. Значения видимости в жидких осадках в летний период не определяются.

5. ОТЧЕТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Описание видов облачности и всех явлений, наблюдаемых в ближней и дальней зонах, и прогноз их развития.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Из каких частей состоит бланк представления радиолокационной информации?
Приведите обозначения опасных явлений на радиолокационной карте.
Какова вероятность грозы при обозначении её «R»?
Каким цветом обозначается зона градоопасности?
Назовите сроки проведения наблюдений на МРЛ.
Какой значок наносится на бланк Ф-2 в очагах гроз с вероятностью 75-90 %?

Воспользуйтесь поиском по сайту: