Метеорологическая эффективность РЛС МРЛ-2 и МРЛ-5

Метеорадиолокаторы предназначены:

1) Для обнаружения положения зон с радиоэхом (гроза, ливень, шквал);

2) Для предупреждения об угрозе гроз, ливней и других заблаговременно, в зависимости от характера явлений;

3) Определение скорости, направления перемещения облаков;

4) Определение верхней границы облачных зон;

5) Определение эволюции и тенденции облачных полей;

6) Определение высоты нулевой изотермы при наличии слоисто-дождевых облаков;

7) Оценка мгновенной максимальной интенсивности выпадения осадков в радиусе 90-100 км.

 

При отсутствии облаков МРЛ может обнаруживать:

1) Пыльные бури;

2) Стаи птиц;

3) Инверсии, на которых скапливаются частицы и насекомые;

4) Различные выбросы промышленных предприятий (включая радиоактивность).

 

В ряде случаев МРЛ может обнаруживать интенсивные туманы и дымку.

Нижняя граница облачности с помощью МРЛ не определяется, если они ниже 500 метров или когда из облаков наблюдается выпадение осадков.

Метеорологическая эффективность определяется объемом и качеством данных, получаемых об облаках.

В понятие метеорологической эффективности входят:

1) Вероятность обнаружения облачных полей на различных расстояниях;

2) Точность измерения границ зон облаков и осадков;

3) Точность и диапазон измерения интенсивности радиоэха.

1) Вертикальное обнаружение. Вертикальное обнаружение облаков убывает с увеличением дальности. Дальность зависит:

а) от увеличения метеорологического потенциала ;

б) от увеличения отражаемости ;

в) от увеличения высоты верхней границы облаков.

Вертикальное обнаружение облаков также зависит от сезонных и физико-географических условий.

За эталонные данные приняты наблюдения метеостанции.

Вертикальное обнаружение определяется как отношение числа случаев на МРЛ к числу обнаружений на станции.

Вероятность (в %) обнаружения облаков без осадков в ближней зоне (30-40 км) для севера-запада и центра Европейской территории:

 

	Лето	Зима
1. Ci, Cs, Cu	30-70	50-60
2. As, Ac	50-70	80-90
3. Sc	40-80	50-80

 

Вертикальное обнаружение облаков с осадками:

 

	R (км)	Лето	Зима
Осадки из Sc	30-100
Обложные осадки Ns	50-100
Не грозовые ливни из Cb	30-100
100-150
150-200		<5
250-300		-
Грозовые Cb	50-100		-
100-150	95-100	-
150-200		-
200-300		-

 

2) Оценка точности определения радиохарактеристик облаков в пределах эффективного радиуса их обнаружения МРЛ.

Эффективный радиус обнаружения – это расстояние, на котором МРЛ обнаруживает облака с вероятностью не менее 95% (при отсутствии ослабления и углов закрытия).

 

Форма облачности	Явления
Лето	Зима
Кучево-дождевая	Гроза, грозовые ливни, дождь	150-200	50-80
Мощные кучевые Cu cong	Без осадков	40-50	10-20
Слоисто-дождевая	Обложные осадки	90-120	60-70
Слоистая и слоисто-кучевая	Моросящие осадки	20-30	10-20

 

Данные представленные в таблице получены экспериментальным путем с использованием МРЛ-1 и МРЛ-2.

Для оценки точности определения отражаемости запишем основное уравнение радиолокации:

,

где – дисперсия погрешности расстояния, - дисперсия определения метеорологического потенциала.

Показывают, что при осреднении принимаемой мощности не более чем по 32 отраженным сигналам, нельзя получить точность абсолютной величины лучше, чем .

Точность определения высоты нижней границы облачности зависит:

1) От технических параметров РЛС;

2) От способа измерения высот радиоэха;

3) От мощности боковых лепестков антенны;

4) От структуры отражаемости верхней части облака.

Общая оценка погрешности высоты:

,

где – погрешность измерения , за счет конечных размеров зондирующего импульса, - это погрешность измерения за счет кривизны Земли и рефракции радиоволн, – погрешность за счет потери обнаруживающей способности МРЛ с расстоянием.

Завышение за счет компенсируется занижением за счет и . Это наблюдается только в ближней зоне на расстоянии до 40 км.

В дальней зоне (:

s w:ascii="Cambria Math" w:fareast="Times New Roman" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/></w:rPr><m:t>Пѓ</m:t></m:r></m:e><m:sub><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:fareast="Times New Roman" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/></w:rPr><m:t>РЅРє</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000" wsp:rsidRPr="002C4A31"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></wx:sect></w:body></w:wordDocument>">

Поэтому в дальней зоне измерение занижены.

При больших удалениях облаков ( измерение не презентативны, т.к. , а в некоторых случаях соизмеримы с .

В результате самолетных измерений в дальней зоне были определены ошибки :

Cb с опасными явлениями - .

Для остальных облаков всех форм в ближней зоне км.

При ошибки измерения резко возрастают ввиду не обнаружения верхней части облаков.

3) Точность определения границ облачности.

 

Лекция №12

Точность определения границ зависит от метеорологического потенциала и микроструктуры облаков.

1) Возрастание ошибок связано с увеличением диаграммы направленности;

2) Затухание электромагнитных волн в тропосфере;

3) Неравномерность пространственного распределения отражаемости в облаках.

 

Тип облаков	Удаление
	31-50	51-100	101-150	151-200	201-300
Ns			Ns заканчивается
Cb
Все облака, кроме Ns, Cb

 

При удалении км ошибка ВГО может превышать табличные в 2-3 раза.

4) Точность измерения отражаемости.

Зависит от способа измерения точности калибровки и стабильности работы РЛС.

Среднеквадратическая ошибка измерений дБ при метеопотенциале дБ.

В зависимости от расстояния у нас меняется и .

 

R, км
			5,5		6,5	6,5	7,0	7,5
	-4	-3	-1,5	-1,0	-0,5	-0,5

 

Наличие отражаемости говорит о неправильной калибровки РЛС.

 

Эффективность радиолокационно метода.

Преимущества:

1) Получение вертикального распределения основных типов облаков в радиусе 40 км;

2) Определение местоположения и числа грозоопасных ливней;

3) Получение данных по ВГО;

4) Получение данных о площадях осадков различных видов, оценки мгновенной интенсивности выпадающих осадков;

5) Получение данных об эволюции Cb и тенденции радиолокационных характеристик облачных систем в мезомасштабах.

 

Недостаток:

Отсутствие информации о микрофизических характеристиках облачной системы, а также отсутствие информации о мелкокапельных формах облаков. Генетическая классификация облаков внетропических широт и их пространственное распределение позволили выделить следующие типы радиоэхо:

РСО – радиоэхо слоистых облаков;

РКО – радиоэхо конвективной облачности;

РКСО – радиоэхо конвективно-слоистой облачности.

В результате выделения этих типов радиоэхо введена классификация разных типов облаков:

Тип радиоэхо	Форма облаков	Расстояние в километрах
Лето	Зима
1. Радиоэхо слоистой облачности 1. Верхний ярус (C) РСО	Ci, Cs
2. Радиоэхо слоистой облачности Средний ярус (A) РСО	As, Ac
3. Радиоэхо слоистой облачности Нижний ярус	St, Sc
4. Радиоэхо слоисто-дождевой облачности (N), (N-A) РСО	Ns, Ns fr, Ns-As
4. 5. Радиоэхо кучевообразной облачности (Q) РКО	Cu, Cu med, Cu cong, Cb	300	200
5. 6. Радиоэхо слоистых и слоисто-кучевых облаков (N-Q, N-A-Q) РКСО	As-Ns-Cb, Ns-Cb, As-Cb-Ac

 

Облачная система As-Ns на ИКО под оптимальным углом имеет большую площадь радиоэхо без четко очерченных границ.

Такой вид радиоэхо связан с атмосферными фронтами, представляющими сплошной вид облачности, простирающейся на несколько сотен километров. Такой вид границы As-Ns может быть примерно поставлен для всей облачности.

Несмотря на однородность радиоэха, по мере увеличения дальности, высота радиоэха уменьшается.

Это объясняется особенностью вертикального распределения отражаемости, влиянием МРЛ, кривизной Земли и ослаблением радиоволн.

При анализе системы радиоэхо As-Cb-Ac под оптимальным углом имеет вид полосы или нескольких полос, и как правило, связан с атмосферными фронтами.

Кучево-дождевые облака, сопровождаемые As, Ac, могут находиться на разных стадиях развития. Этим объясняется неоднородность характеристик поля высот верхней границы облачности.

Облачная система As-Ns-Cb на ИКО под оптимальным углом представляет собой большую область засветки без резко очерченных границ. Эта облачная система может переходить в отдельные полосы или ячейки. На расстояние свыше 100-150 км из этой системы As-Ns-Cb наблюдаются только Cb.

Следует отметить, что интенсивность конвекции в радиусе наблюдений в значительной степени будет определяться пространственным определением высоты верхней границы распределения Cb.

При слаборазвитой конвекции верхняя граница радиоэха облачного массива располагается на одинаковой высоте. В этом случае следует ожидать постепенное понижение верхней границы радиоэха с увеличением расстояния.

При сильно развитой конвекции и формировании Cb, может наблюдаться неоднородное поле высот верхней границы радиоэхо даже на одинаковом расстоянии.

Так как вертикальное распределение отражаемости на границе в As, Cb и оно неоднородно, величина отражаемости по-разному распределяется в таких облаках выше нулевой изотермы.

 

 

Облачная система St-Sc-Ac как правило возникает в теплой устойчивой воздушной массе, и представляет собой теплую массы облаков, простирающихся на 100 м.

Однако, появление радиоэхо от них возможно только на расстоянии, не превышающим 100 км. На ИКО радиоэхо таких облаков имеет вид отдельных или сплошных концентрических колец. В первом случае такая картина может характеризовать одноярусную облачность, во втором – многоярусную.

Высота границы облачной системы примерно постоянна и изменяется в пространстве.

Радиоэхо Cu cong – Cb формируется в холодной массе и на ИКО представляет собой хаотически разбросанные ячейки или локальные полосы.

Таким образом, для определения типа облачной системы в случае ее обнаружения достаточно использовать пространственное распределение радиолокационных признаков: площади, высоты, отражаемости и расстояние до облачной системы.