Un radar de tiempo del es un tipo del radar usado para localizar la precipitación, calcula su movimiento, estima su tipo (lluvia, nieve, el granizo, etc.), y el pronóstico su posición futura e intensidad. Los radares de tiempo modernos son sobre todo los radares de Doppler capaces de detectar el movimiento de las gotitas de la lluvia además de la intensidad de la precipitación. Ambos tipos de datos se pueden analizar para determinar la estructura de tormentas y su potencial de causar a el tiempo severo .
Historia
Durante la Segunda Guerra Mundial, los operadores de radar militares notaron ruido en los ecos vueltos debido a los elementos del tiempo como la lluvia, nievan, y el aguanieve . Enseguida después de la guerra, científicos militares vueltos a la vida civil o continuos en las fuerzas armadas de arma y perseguidos su trabajo en desarrollar un uso para esos ecos. En los Estados Unidos, el atlas de David, para el grupo de la fuerza aérea al principio, y más adelante para MIT, desarrolló los primeros radares de tiempo operacionales. Marshall y la derecha Douglas formaron el " Clima tempestuoso Group" en Montreal. Marshall y su estudiante doctoral Gualterio Palmer son bien sabido para su trabajo sobre la distribución dimensional de la gota en lluvia de la latitud media que ésa llevó a la comprensión de la relación del Z-R, que correlaciona una reflectividad dada del radar con la tarifa en la cual el agua está cayendo en la tierra. En el Reino Unido, la investigación continua para estudiar los patrones del eco de radar y los elementos del tiempo tales como lluvia estratiforme y nubes convectivas, y los experimentos fue hecho para evaluar el potencial de diversas longitudes de onda a partir de la 1 a 10 centímetros En 1953, Donald Staggs, ingeniero eléctrico que trabajaba para la encuesta sobre el agua del estado de Illinois, hizo la primera observación registrada del radar de un " " del eco del gancho; asociado a una tempestad de truenos tornadic. Entre 1950 y el an o 80, radares de la reflectividad, que la posición de la medida y la intensidad de la precipitación, fueron construidas por servicios del tiempo en todo el mundo. Los meteorólogos tempranos tuvieron que mirar un tubo catódico . Durante los años 70, los radares comenzaron a ser estandardizados y a ser organizados en redes. Los primeros dispositivos para capturar imágenes del radar fueron desarrollados. El número de ángulos explorados fue aumentado para conseguir una vista tridimensional de la precipitación, de modo que las secciones representativas horizontales ( CAPPI ) y la vertical unas pudieran ser realizadas. Los estudios de la organización de tempestades de truenos eran entonces posibles con el proyecto del granizo de Alberta en Canadá y el NSSL en los E. NSSL, creado en 1964, comenzó la experimentación en señales duales de la polarización y en aplicaciones del efecto de Doppler .Entre el an o 80 y 2000, las redes del radar de tiempo se convirtieron en la norma en Norteamérica, Europa, Japón y otros países desarrollados. Los radares convencionales fueron substituidos por los radares de Doppler, que además de la posición y de la intensidad del podría seguir la velocidad relativa de las partículas en el aire. En los Estados Unidos, una red que consistía en 10 radares de la longitud de onda del cm, llamados NEXRAD o WSR-88D (radar del servicio del tiempo Doppler 1988), fue comenzada en 1988. En Canadá, el ambiente Canadá construyó la estación de rey City, con un radar de Doppler de la investigación de cinco centímetros, antes de 1985; La universidad de McGill dopplerized su radar (observatorio del radar J. Esto llevó a una red canadiense de Doppler completo entre 1998 y 2004. Francia y otros países europeos cambiaron a la red de Doppler para el final de los años 90 a 2000s temprano. Mientras tanto, los avances del rapid en informática llevaron a los algoritmos para detectar muestras del tiempo severo y de una plétora de " products" para los medios de comunicación y los investigadores.
Después de 2000, la investigación sobre tecnología dual de la polarización se ha trasladado al uso operacional, aumentando la cantidad de información disponible en el tipo de la precipitación (e. lluvia contra nieve). " Polarization" dual; significa que esa radiación de la microonda que sea polarizado (con respecto a la tierra) está emitido horizontalmente y verticalmente. El despliegue a gran escala se espera para el final de la década en algunos países tales como los Estados Unidos, la Francia, y el Canadá.
Desde 2003, la administración oceánica de los E. y atmosférica nacional ha estado experimentando con el radar Phased-array como un reemplazo para la antena parabólica convencional para proporcionar más resolución de tiempo en sonar atmosférico . Esto sería muy importante en tempestades de truenos severas como su evolución se puede evaluar mejor con datos más oportunos.
Cómo el radar de tiempo funciona
Envío de pulsos del radar
Los radares de tiempo envían pulsos direccionales de la radiación de la microonda, en la orden de un microsegundo de largo, usar un magnetrón de cavidad o el tubo del klistrón conectado con una guía de onda con una antena parabólica . Las longitudes de onda de 1 a 10 cm son aproximadamente diez veces el diámetro de las gotitas o de las partículas del hielo del interés, porque la difusión de Rayleigh ocurre en estas frecuencias. Esto significa que la parte de la energía de cada pulso despedirá de estas pequeñas partículas, detrás en la dirección de la estación de radar.
Longitudes de onda más cortas son útiles para partículas más pequeñas, pero la señal se atenúa más rápidamente. Así el radar de 10 cm (S-venda ) es preferred a pero es más costoso que 5 un sistema de la C-venda del cm. 3 el radar de la banda X del cm se utiliza solamente para los propósitos muy cortos de la distancia, y 1 radar de tiempo de la Ka-venda del cm se utiliza solamente para la investigación sobre fenómenos de la pequeño-partícula tales como llovizna y niebla de la forma: |K| D D6dD de 2 N0e La tarifa de precipitación (r), por una parte, es igual al número de las partículas, de su volumen y de su velocidad de la caída (v) como: l 0} ^ de R = del N0e D (D3/6) DD de v (D) Tan Ze y R tienen funciones similares que puedan ser resolved dando una relación entre los dos de la forma: l Z = aRb Donde a y b dependen del tipo de precipitations (nieve, lluvia, convectivo o estratiforme) que tengan diverso , K, N0 y V. como la exploración de la antena la atmósfera, en cada ángulo del acimut obtiene algunos vuelta de cada las blancos encontradas. La reflectividad entonces se hace un promedio para esa blanco para tener un mejor conjunto de datos. puesto que la variación en diámetro y la constante dieléctrica de las blancos pueden lleva a la variabilidad grande en la vuelta al radar, reflectividad de la energía se expresa en el dBZ (10 veces el logaritmo del cociente del eco a un estándar gota de 1 milímetro de diámetro que llena el mismo volumen explorado). Las vueltas de radar son descritas generalmente por el color o el nivel. Los colores en una imagen del radar se extienden normalmente de azul o de verde para las vueltas débiles, a rojo o a la magenta para las vueltas muy fuertes. Los números en un informe verbal aumentan con la severidad de las vueltas. Por ejemplo, los sitios nacionales del radar de los E. Doppler utilizan la escala siguiente para diversos niveles de reflectividad: : dBZ 65 (precipitación extremadamente pesada) Las vueltas fuertes (rojas o magentas) pueden indicar no sólo la lluvia pesada pero también tempestades de truenos, el granizo, los fuertes vientos, o los tornados, pero las necesitan ser interpretadas cuidadosamente, porque las razones descritas más adelante en este artículo. Al describir vueltas de radar de tiempo, los pilotos, los despachadores, y los controladores aéreos referirán típicamente a tres niveles de vuelta: corresponde a una vuelta de radar verde, indicando la precipitación generalmente ligera y poco a ninguna turbulencia, llevando a una posibilidad de la visibilidad reducida. Los aviones intentarán evitar vueltas del nivel 2 cuando son posibles, y evitarán siempre el nivel 3 a menos que sean aviones de investigación especial-diseñados. Los radares de tiempo de Doppler están utilizando esta diferencia de fase (diferencia de los pares del pulso) para calcular el movimiento de la precipitación. La intensidad del pulso sucesivamente de vuelta del mismo volumen explorado adonde las blancos se han movido levemente está el * reflectividad diferenciada ( Zdr ) - la reflectividad diferenciada es un cociente de las vueltas horizontales y verticales reflejadas de la energía. Entre otras cosas, es un buen indicador de la forma de la gota y la forma de la gota es una buena estimación del tamaño medio de la gota. El Con este nuevo conocimiento agregó a la reflectividad, velocidad, y la anchura del espectro producida por los radares de tiempo de Doppler, investigadores ha estado trabajando en algoritmos que se convertían para distinguir los tipos de la precipitación, blancos no-meteorológicas, y para producir mejores estimaciones de la acumulación de la precipitación., el NCAR y el NSSL han sido líderes de mundo en este campo. El NOAA ha fijado una cama de prueba para el radar dual-polametric en el NSSL y los planes para equipar todos sus 10 radares NEXRAD de la longitud de onda del cm de la dual-polarización para el final de la década. El observatorio del radar de la universidad J. Marshall de McGill en Montreal, Canadá ha convertido su instrumento (1999) y los datos son utilizados operacionalmente por Environment Canadá en el Montreal . Otro radar ambiental de Canadá en rey City (norte Toronto ) dual-fue polarizado en 2005, éste trabaja en una longitud de onda que da nuevos desafíos, atenuación específicamente mayor de 5 cm. Canadá ambiental está trabajando en convertir todos sus radares a la dual-polarización. Finalmente, Météo-Francia está trabajando en el tema y las esperanzas de fijar sus primeros radares polarizados en 2008. style=" del Desarrollo de la polarización de los E. Salida operacional de la universidad de McGill Todos los datos de exploraciones del radar se exhiben según la necesidad de los usuarios. Diversas salidas se han desarrollado con hora de alcanzar esto. Aquí está una lista de campo común y de salidas especializadas disponibles. considera también: l indicador de posición de plan los datos se obtienen un ángulo a la vez, la primera manera de exhibirlos como sido el indicador de posición de plan (PPI) que es solamente la disposición de la vuelta de radar en una imagen de dos dimensiones. Uno tiene que recordar que los datos que vienen de diversas distancias al radar están en diversas alturas sobre la tierra. Esto es muy tan importante que una alta tarifa de la lluvia considerada cerca del radar es relativamente cerca de qué alcance es cerca de 1.5 kilómetros sobre la tierra y podría ser lejos diferente la tierra pero qué se ve a partir de 160 kilómetros (100 millas) lejos de la cantidad que alcanza la superficie. Es así difícil comparar ecos del tiempo en diversa distancia del radar. PPIs se aflige con los ecos de tierra cerca del radar como problema suplemental. Éstos se pueden malinterpretar como ecos verdaderos. Tan otros productos y otros tratamientos de datos se han desarrollado para complementar sus defectos. USO: La reflectividad, Doppler y los datos polarimétricos pueden utilizar PPI. NOTA : En el caso de los datos de Doppler, dos puntos de vista son posibles: concerniente a la superficie o a la tormenta. Al mirar el movimiento general de la lluvia para extraer el viento en diversas altitudes, es mejor utilizar datos concerniente al radar. Pero al buscar la rotación o la cizalladura del viento bajo tempestad de truenos, es mejor utilizar las imágenes relativas de la tormenta que restan el movimiento general de la precipitación que sale del usuario para ver el movimiento de aire como si él se sentara en la nube. Aquí está el ejemplo en tiempo real: El radar de NWS Burlington, uno puede comparar los productos del Doppler de la BASE y de la TORMENTA considera también: constante del indicador de posición de plan de la altitud Para evitar algunos de los problemas en PPIs, el CAPPI o el indicador de posición constante de plan de la altitud ha sido desarrollado por los investigadores en Canadá. Es básicamente una sección representativa horizontal con datos del radar. Esta manera, una puede comparar la precipitación en un pie igual en la distancia de la diferencia del radar y evitar los ecos de tierra. Aunque los datos se tomen en cierta altura sobre la tierra, una relación se puede deducir entre los informes de las estaciones de tierra y los datos del radar. La llamada de CAPPIs para una gran cantidad de ángulos cerca del horizontal para acercar a la vertical del radar para tener un corte que está tan cerca como sea posible en toda la distancia a la altura necesitó. Pero incluso entonces, después de cierta distancia, no hay ninguÌn ángulo disponible y el CAPPI se convierte en el PPI del ángulo más bajo. La línea del zigzag en los ángulos diagram demostraciones antedichas los datos usados para producir 1.5 y 4 kilómetros de altura CAPPIs. Notar que la sección después de 120 kilómetros está utilizando los mismos datos. USO: Sobre todo para los datos de la reflectividad. La universidad de McGill está produciendo Doppler CAPPIs pero la naturaleza de la velocidad hace para hacer salir un pedacito ruidoso mientras que las velocidades pueden cambiar rápido en la dirección con la altura contraria a un patrón relativamente liso en reflectividad. Ejemplos en tiempo real: Otra solución a los problemas de PPI es producir imágenes de la reflectividad máxima en una capa sobre la tierra. Esta solución se toma generalmente cuando el número de ángulos disponibles es pequeño o variable. El Servicio Meteorológico Nacional americano está utilizando el compuesto tal que su esquema de la exploración puede variar a partir 4 a 14 ángulos, según su necesidad, que haría CAPPIs muy grueso. El compuesto se cerciora de que no se falte ninguÌn eco fuerte en la capa y un tratamiento usar las velocidades de Doppler elimina los ecos de tierra. Ejemplo en tiempo real: El radar de NWS Burlington, uno puede comparar la BASE y los productos COMPUESTOS Para producir acumulaciones del radar, tenemos que estimar la tarifa de la lluvia sobre un punto por el valor medio sobre ese punto entre un PPI, o CAPPI, y el siguiente; entonces multiplicarse para el momento en que entre esas imágenes. Si uno quiere por un periodo de tiempo más largo, uno tiene que agregar para arriba todas las acumulaciones de imágenes durante ese tiempo. La aviación es un usuario pesado de los datos del radar. Un mapa particularmente importante en este campo es el Echotops para el planeamiento del vuelo y la evitación del tiempo peligroso. La mayoría de los radares de tiempo del país son exploración bastantes ángulos para tener un sistema 3D de datos sobre el área de la cobertura. Es relativamente fácil estimar la altitud máxima en la cual la precipitación se encuentra dentro del volumen. Sin embargo, ésas no son las tapas de nubes como extendieron a altitudes más altas que la precipitación. Para saber la estructura vertical de nubes, particularmente las tempestades de truenos o el nivel de la capa de fusión, un producto vertical de las secciones representativas de los datos del radar está disponible para el meteorólogo. Sobre el último pocas décadas, redes del radar se han ampliado para permitir la producción de visiónes compuestas que cubrían áreas extensas. Por ejemplo, todos los países importantes (e., los Estados Unidos, el Canadá, mucho de Europa) producen las imágenes que incluyen todos sus radares. Esto no es como trivial una tarea. De hecho, tal red puede consistir en diversos tipos de radar con diversas características como anchura, longitud de onda y la calibración de viga. Estas diferencias tienen que ser consideradas al emparejar datos a través de la red, para decidir particularmente a qué datos para utilizar cuando dos radares cubren el mismo punto. Si uno utiliza el eco más fuerte pero viene del radar más distante, uno utiliza las vueltas que son de una altitud más alta que viene de la lluvia o de la nieve que pudieron evaporarse antes de alcanzar la tierra ( Virga ). Si uno utiliza datos del radar más cercano, puede ser que sea paso atenuado con una tempestad de truenos. Las imágenes compuestas de precipitations usar una red de radares se hacen con todas esas limitaciones en mente. Aquí están algunas redes nacionales del radar: Para ayudar a meteorólogos a manchar el tiempo peligroso, los algoritmos matemáticos se han introducido en los programas del tratamiento del radar de tiempo. Éstos son particularmente importantes en analizar los datos de la velocidad de Doppler pues son más complejos. Los datos de la polarización incluso necesitarán más algoritmos. Algoritmos principales para la reflectividad: Uno tiene que tener presente que esas hipótesis no están resueltas necesario en muchas circunstancias y poder reconocer cuando la verdad de los ecos falsos. La primera asunción es que la viga del radar se está moviendo a través del aire que se refresca abajo a cierta tarifa con altura. La posición de los ecos depende pesadamente de esta hipótesis. Sin embargo, la atmósfera verdadera puede variar grandemente de la norma. La puntualidad es también un punto que necesita la mejora. Con tiempo de 5 a 10 minutos entre las exploraciones completas del radar de tiempo, muchas cosas se pueden faltar en el desarrollo de una tempestad de truenos. Un radar Phased-array se está probando en el laboratorio nacional de las tormentas severas en normando, Oklahoma, para acelerar la reunión de datos.
Cómo leer reflectividad en una exhibición del radar
magenta del
rojo: dBZ 52
amarillo: dBZ 36
verde: dBZ 20 (precipitación ligera) Convenciones de la aviación
el nivel 1 del
el nivel 2 corresponde a una vuelta de radar amarilla, indicando la precipitación moderada, llevando a la posibilidad de la visibilidad muy baja, de la turbulencia moderada y de un paseo incómodo para los pasajeros de los aviones.
el nivel 3 corresponde a una vuelta de radar roja, indicando la precipitación pesada, llevando a la posibilidad de tempestades de truenos y al daño estructural severo del turbulencia y serio a los aviones. Velocidad
Ver también: radar de Pulso-Doppler y radar de Doppler Pares del pulso
Cualquier lluvia cae o las escamas de la nieve en el movimiento afectan a la frecuencia de la viga vuelta del radar según el efecto de Doppler . Con velocidades de menos de 70 m/s (150 miles/h) para los ecos del tiempo y la longitud de onda del radar de 10 cm, asciende al solamente 10-5%. Esta diferencia es demasiado pequeña ser observada por los instrumentos electrónicos. Sin embargo, como las blancos se mueven levemente entre cada pulso, la onda vuelta tiene una diferencia o un desplazamiento de fase sensible del de la fase del pulso al pulso.
* coeficiente de correlación ( ρhv ) - una correlación estadística entre la energía horizontal y vertical reflejada vuelve. Los elevados valores, cerca de uno, indican tipos homogéneos de la precipitación, mientras que valores más bajos indican regiones de tipos mezclados de la precipitación, tales como lluvia y nieve, o granizan. El
* cociente linear de la despolarización (LDR del ) - esto es un cociente de una vuelta vertical de la energía de un pulso horizontal o de una vuelta horizontal de la energía de un pulso vertical. Puede también indicar regiones donde hay una mezcla de tipos de la precipitación. El
* fase diferenciada específica ( θpd ) - la fase diferenciada específica es una comparación de la diferencia de fase vuelta entre los pulsos horizontales y verticales. Este cambio en fase es causado por la diferencia en el número de ciclos de la onda (o de longitudes de onda) a lo largo de la trayectoria de propagación para las ondas horizontales y verticalmente polarizadas. No debe ser confundido con el cambio de frecuencia de Doppler, que es causado por el movimiento de las partículas de la nube y de la precipitación. Desemejante de la reflectividad diferenciada, del coeficiente de correlación y del cociente linear de la despolarización, que son todos dependientes en energía reflejada, la fase diferenciada específica es un " propagación effect." Es un perito muy bueno de la tarifa de la lluvia y no es afectado por la atenuación . Tipos principales de salidas del radar
Indicador de posición de plan
Indicador de posición constante de plan de la altitud
Universidad de McGill
Ambiente Canadá Compuesto vertical
Acumulaciones
Uno del uso principal del radar es poder determinar la cantidad de precipitations caidos sobre los lavabos grandes para el propósito hidrológico . Por ejemplo, el control de inundación del río, la gerencia de la alcantarilla y la construcción de la presa son todas las áreas donde los planificadores quieren datos de la acumulación. Termina ideal los datos superficiales de las estaciones que pueden utilizar para la calibración. Echotops
Secciones representativas verticales
Redes del radar
Ambiente Canadá del
Servicio Meteorológico Nacional en Estados Unidos
República Checa
República surafricana
Deutscher Wetterdienst en Alemania
Oficina de meteorología, Australia Algoritmos automáticos
atmósfera estándar internacional .
Blanco bastante pequeña obedecen la difusión de Rayleigh así que la vuelta es proporcional a la tarifa de precipitación.
El volumen explorado por la viga es lleno de blancos meteorológicas del del (lluvia, nieve, etc…), de toda la misma variedad y en una concentración uniforme.
Ninguna atenuación
Ninguna amplificación
La vuelta de los lóbulos laterales de la viga es insignificante.
La viga está cercana a una curva gausiana de la función con la energía que disminuye a la mitad en la mitad de la anchura.
Ondas salientes y la vuelta de uno son ambas polarizadas semejantemente.
No hay vuelta de reflexiones múltiples. Propagación anómala (atmósfera no estándar)
Refracción estupenda
Es muy común tener inversiones de la temperatura el formar cerca de la tierra, por ejemplo la refrigeración por aire en la noche mientras que es restante se calienta en alto. Esto no es se espera qué mientras que índice de refracción del aumento del aire y la viga del radar doblan hacia la tierra en vez de la subida. Eventual, golpeará la tierra y será reflejada detrás hacia el radar. El programa de proceso entonces pondrá incorrecto los ecos de vuelta en la altura y distanciarse la habría estado en las punterías de las condiciones normales para complementar NEXRAD regular usar muchos radar de tiempo de la banda X del bajo costo (3 cm) montado en torres del teléfono portátil. Estos radares subdividirán la área extensa del NEXRAD en dominios más pequeños para mirar altitudes debajo de su ángulo más bajo. Éstos darán los detalles no actualmente disponibles. Usos especializados
Radar de tiempo de la aviónica
El uso de los aviones de los sistemas del radar incluye el radar de tiempo, la evitación de colisión, el seguimiento del blanco, la proximidad de tierra, y otros sistemas. Para los sistemas de radar de tiempo comerciales, el ARINC 708 es el sistema de radar de tiempo primario usar un radar de Doppler aerotransportado del pulso.
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