Větrný profiler - Wind profiler

A větrný profiler je typ zařízení pro pozorování počasí, které používá radar nebo zvukové vlny (SODAR ) detekovat vítr Rychlost a směr v různých nadmořských výškách. Odečty se provádějí na každém kilometru nad mořem, a to až do rozsahu troposféry (tj. Mezi 8 a 17 km nad průměrnou hladinou moře). Nad touto hladinou je nedostatečná vodní pára, která produkuje radarový „odraz“. Data syntetizovaná ze směru a rychlosti větru jsou velmi užitečná pro meteorologické předpovědi a včasné hlášení pro plánování letu. Dvanáctihodinová historie dat je k dispozici prostřednictvím NOAA webové stránky.
Zásada

V typické implementaci může radar nebo sodar vzorkovat podél každého z pěti paprsků: jeden je zaměřen svisle k měření svislé rychlosti a čtyři jsou nakloněny od svislé a orientované navzájem kolmo k měření vodorovných složek pohybu vzduchu. Schopnost profileru měřit větry je založena na předpokladu, že turbulentní víry, které indukují rozptyl, jsou neseny středním větrem. Energie rozptýlená těmito víry a přijatá profilerem je řádově menší než přenášená energie. Je-li však možné získat dostatečné množství vzorků, lze amplitudu energie rozptýlenou těmito víry jasně identifikovat nad úrovní šumu pozadí, pak lze určit střední rychlost a směr větru v objemu, ze kterého se odebírají vzorky. Radiální komponenty měřené nakloněnými paprsky jsou vektorovým součtem horizontálního pohybu vzduchu směrem k radaru nebo od něj a jakéhokoli vertikálního pohybu přítomného v paprsku. Pomocí vhodné trigonometrie se z radiálních rychlostí vypočítají trojrozměrné složky meteorologické rychlosti (u, v, w) a rychlost a směr větru s korekcemi pro vertikální pohyby.
Radarový profilovač větru



Pulzní Dopplerův radar větrné profilovače pracují pomocí elektromagnetických (EM) signálů pro dálkové snímání větrů ve vzduchu. Radar vysílá elektromagnetické puls podél každého z anténa směřuje. UHF profiler zahrnuje subsystémy pro ovládání vysílače, přijímače, zpracování signálu a radaru Radioakustický zvukový systém (RASS), pokud je k dispozici, stejně jako datová telemetrie a dálkové ovládání.
Doba přenosu určuje délku impulsu vyzařovaného anténou, což odpovídá objemu vzduchu osvětleného (elektricky) radarovým paprskem. Malá množství přenášené energie jsou rozptýlena zpět (označována jako zpětný rozptyl ) směrem k radaru a přijímán radarem. Zpoždění pevných intervalů jsou zabudována do systému zpracování dat, takže radar přijímá rozptýlenou energii z diskrétních výšek, označovaných jako brány rozsahu. The Dopplerův frekvenční posun určí se zpětně odražená energie a poté se použije k výpočtu rychlosti vzduchu směrem k radaru nebo od něj podél každého paprsku jako funkce nadmořské výšky. Zdrojem zpětně rozptýlené energie (radarové „cíle“) jsou malé turbulentní výkyvy, které vyvolávají nepravidelnosti v rádiu index lomu atmosféry. Radar je nejcitlivější na rozptyl turbulentními víry, jejichž prostorová stupnice je ½ vlnové délky radaru, nebo přibližně 16 centimetrů (cm) pro UHF profiler.
Lze nakonfigurovat hraniční radarový profilovač větru pro výpočet průměrných profilů větru pro období v rozmezí od několika minut do hodiny. Profily hraniční radaru větru jsou často konfigurovány pro vzorkování ve více než jednom režimu. Například v „nízkém režimu“ může mít puls energie přenášený profilovačem délku 60 m. Délka pulzu určuje hloubku sloupce vzduchu, ze kterého se odebírají vzorky, a tím i vertikální rozlišení dat. Ve „vysokém režimu“ se délka impulzu zvětší, obvykle na 100 m nebo více. Delší délka pulzu znamená, že se pro každý vzorek přenáší více energie, což zlepšuje odstup signálu od šumu (SNR) dat. Použití delší délky pulzu zvyšuje hloubku objemu vzorku a tím snižuje vertikální rozlišení v datech. Větší energetický výstup režimu vysoké zvyšuje maximální nadmořskou výšku, do které může radarový profilovač větru měřit, ale na úkor hrubšího vertikálního rozlišení a zvýšení výšky, ve které jsou měřeny první větry. Pokud jsou radarové profilovače větru provozovány v několika režimech, jsou data často kombinována do jedné překrývající se datové sady, aby se zjednodušily postupy postprocesingu a validace dat.[1]
Radarové profilovače větru mohou mít také další využití, například v biologickém kontextu k doplnění rozsáhlých schémat monitorování ptáků.[2]
Sodarský větrný profiler

Alternativně může profilovač větru použít zvukové vlny k měření rychlosti větru v různých výškách nad zemí a termodynamické struktury spodní vrstvy atmosféra. Tyto sodary lze rozdělit na mono-statický systém používající stejnou anténu pro vysílání a příjem, a bi-statický systém pomocí samostatných antén. Rozdíl mezi těmito dvěma anténními systémy určuje, zda je rozptyl atmosféry kolísáním teploty (v mono-statických systémech), nebo kolísáním teploty a rychlosti větru (v bistatických systémech).
Mono-statické anténní systémy lze dále rozdělit do dvou kategorií: ty, které používají více os, jednotlivé antény a ty, které používají jednu fázované pole anténa. Víceosé systémy obecně používají tři jednotlivé antény zaměřené do konkrétních směrů k řízení akustického paprsku. Jedna anténa je obecně zaměřena svisle a další dvě jsou mírně nakloněna od svislice v ortogonálním úhlu. Každá z jednotlivých antén může používat jeden měnič zaměřený na a parabolický reflektor vytvořit a parabolický reproduktor nebo pole ovladače reproduktorů a rohy (měniče ) všechny vysílající ve fázi vytvořit jediný paprsek. Při nastavení systému je úhel náklonu ze svislé polohy i úhel azimutu každé antény pevný.
Vertikální rozsah sodarů je přibližně 0,2 až 2 kilometry (km) a je funkcí frekvence, výkonu, atmosférické stability, turbulence, a co je nejdůležitější, hlukové prostředí ve kterém je provozován sodar. Provozní frekvence se pohybují od méně než 1 000 Hz do více než 4 000 Hz s úrovněmi výkonu až několik stovek wattů. Kvůli charakteristikám útlumu atmosféry, vysoký výkon a nízkofrekvenční sodary obecně vytvoří větší výškové pokrytí. Některé sodary lze provozovat v různých režimech, aby lépe odpovídaly vertikálnímu rozlišení a rozsahu podle aplikace. Toho je dosaženo relaxací mezi délka pulzu a maximální nadmořská výška.[1]
Reference
- ^ A b Bailey, Desmond T. (únor 2000) [1987]. "Monitorování horního vzduchu" (PDF). Pokyny pro meteorologické monitorování pro aplikace regulačních modelů. John Irwin. Research Triangle Park, NC: Agentura pro ochranu životního prostředí Spojených států. str. 9–9 až 9–11. EPA-454 / R-99-005.
- ^ Weisshaupt, N .; Arizaga, J .; Maruri, M. (2018). „Role radarových profilovačů větru v ornitologii“. Ibis. 160 (3): 516–527. doi:10.1111 / ibi.12562. hdl:11556/651.
Tento článek zahrnujepublic domain materiál z Vláda Spojených států dokument: "Pokyny pro meteorologické monitorování pro aplikace regulačních modelů ".
externí odkazy
- Oficiální stránka pro vyhledávání větrných profilů NOAA Podívejte se v reálném čase (a 12hodinová historie) na grafická zobrazení směru a rychlosti větru od úrovně země až do 17 km nad mořem (v intervalech 1 km). Klikněte na libovolnou hvězdu nebo tečku a poté klikněte na „získat obrázek“ vlevo.