Rüzgar profili - Wind profiler
Bir rüzgar profil kullanımları bu hava gözlemleyerek ekipman türü , radar ya da ses dalgaları ( SODAR ) tespit etmek için , rüzgar hızı ve yönü , yerden farklı yüksekliklerde. Okumalar, troposferin genişliğine kadar (yani ortalama deniz seviyesinin 8 ila 17 km yukarısında), deniz seviyesinden her kilometrede yapılır. Bu seviyenin üzerinde, bir radar "sekmesi" oluşturmak için yetersiz su buharı mevcuttur. Rüzgar yönü ve hızından sentezlenen veriler, uçuş planlaması için meteorolojik tahmin ve zamanında raporlama için çok yararlıdır. NOAA web siteleri aracılığıyla on iki saatlik veri geçmişi mevcuttur .
Prensip
Tipik bir uygulamada, radar veya sodar beş ışının her biri boyunca örnekleme yapabilir: biri dikey hızı ölçmek için dikey olarak hedeflenir ve dördü dikey olarak eğilir ve havanın hareketinin yatay bileşenlerini ölçmek için birbirine dik olarak yönlendirilir. Profilcinin rüzgarları ölçme yeteneği, saçılmaya neden olan türbülans girdaplarının ortalama rüzgar tarafından taşındığı varsayımına dayanır. Bu girdaplar tarafından saçılan ve profil oluşturucu tarafından alınan enerji, iletilen enerjiden daha küçük büyüklük dereceleridir. Bununla birlikte, yeterli örnek elde edilebilirse, bu girdaplar tarafından saçılan enerjinin genliği, arka plan gürültü seviyesinin üzerinde açıkça tanımlanabilir, ardından örneklenen hacim içindeki ortalama rüzgar hızı ve yönü belirlenebilir. Eğik ışınlarla ölçülen radyal bileşenler, havanın radara doğru veya radardan uzağa yatay hareketinin ve ışında bulunan herhangi bir dikey hareketin vektörel toplamıdır. Uygun trigonometri kullanılarak, üç boyutlu meteorolojik hız bileşenleri (u, v, w) ve rüzgar hızı ve rüzgar yönü, dikey hareketler için düzeltmelerle birlikte radyal hızlardan hesaplanır.
Radar rüzgar profili
Darbeli-Doppler radar rüzgar profilleyicileri, havadaki rüzgarları uzaktan algılamak için elektromanyetik (EM) sinyalleri kullanarak çalışır. Radar , antenin her bir doğrultu boyunca elektromanyetik bir darbe iletir . Bir UHF profilleyici, radar vericisini, alıcısını, sinyal işlemeyi ve varsa Radyo Akustik Sondaj Sistemini (RASS) ve ayrıca veri telemetrisini ve uzaktan kumandayı kontrol etmek için alt sistemler içerir.
İletim süresi, anten tarafından yayılan darbenin uzunluğunu belirler ve bu da radar ışını tarafından aydınlatılan (elektriksel olarak) hava hacmine karşılık gelir. İletilen enerjinin küçük miktarları , radara doğru geri dağılır ( geri saçılma olarak adlandırılır ) ve radar tarafından alınır. Radar, menzil kapıları olarak adlandırılan farklı irtifalardan dağınık enerjiyi alacak şekilde, veri işleme sistemine sabit aralıkların gecikmeleri dahil edilmiştir. Geri saçılan enerjinin Doppler frekans kayması belirlenir ve daha sonra irtifanın bir fonksiyonu olarak her bir ışın boyunca radara doğru veya radara doğru olan havanın hızını hesaplamak için kullanılır. Geri saçılan enerjinin kaynağı (radar “hedefleri”), atmosferin radyo kırılma indisinde düzensizliklere neden olan küçük ölçekli türbülanslı dalgalanmalardır . Radar, uzaysal ölçeği ½ radarın dalga boyu veya bir UHF profil oluşturucu için yaklaşık 16 santimetre (cm) olan türbülanslı girdapların saçılmasına karşı en hassastır.
Bir sınır tabakası radar rüzgar profilleyici, birkaç dakika ile bir saat arasında değişen süreler için ortalama rüzgar profillerini hesaplamak üzere yapılandırılabilir. Sınır tabakası radar rüzgar profilleyicileri genellikle birden fazla modda örnekleme yapacak şekilde yapılandırılır. Örneğin, bir "düşük modda" profiler tarafından iletilen enerji darbesi 60 m uzunluğunda olabilir. Darbe uzunluğu, örneklenen hava kolonunun derinliğini ve dolayısıyla verilerin dikey çözünürlüğünü belirler. "Yüksek modda", darbe uzunluğu genellikle 100 m veya daha fazla olacak şekilde artırılır. Daha uzun darbe uzunluğu, her örnek için daha fazla enerjinin iletildiği anlamına gelir ve bu da verilerin sinyal-gürültü oranını (SNR) iyileştirir . Daha uzun bir darbe uzunluğunun kullanılması, numune hacminin derinliğini artırır ve dolayısıyla verilerdeki dikey çözünürlüğü azaltır. Yüksek modun daha fazla enerji çıkışı, radar rüzgar profilleyicisinin örnekleyebileceği maksimum irtifayı artırır, ancak daha kaba dikey çözünürlük ve ilk rüzgarların ölçüldüğü irtifadaki artış pahasına. Radar rüzgar profilleyicileri birden çok modda çalıştırıldığında, son işlem ve veri doğrulama prosedürlerini basitleştirmek için veriler genellikle tek bir örtüşen veri kümesinde birleştirilir.
Radar rüzgar profil oluşturucuları, örneğin biyolojik bir bağlamda büyük ölçekli kuş izleme planlarını tamamlamak için ek kullanımlara da sahip olabilir.
Sodar rüzgar profili
Alternatif olarak, bir rüzgar profili oluşturucu, yer üzerindeki çeşitli yüksekliklerde rüzgar hızını ve atmosferin alt katmanının termodinamik yapısını ölçmek için ses dalgalarını kullanabilir . Bu sodarlar , gönderme ve alma için aynı anten ve ayrı antenler kullanılarak bi-statik sistem kullanılarak mono-statik sisteme bölünebilir. İki anten sistemi arasındaki fark, atmosferik saçılmanın sıcaklık dalgalanmalarından mı (mono-statik sistemlerde) yoksa hem sıcaklık hem de rüzgar hızı dalgalanmalarından mı (bi-statik sistemlerde) olduğunu belirler.
Mono-statik anten sistemleri iki kategoriye ayrılabilir: çoklu eksen kullananlar, ayrı antenler ve tek fazlı dizi anten kullananlar . Çok eksenli sistemler genellikle akustik ışını yönlendirmek için belirli yönlerde hedeflenen üç ayrı anten kullanır. Bir anten genellikle dikey olarak hedeflenir ve diğer ikisi dikeyden dikey bir açıyla hafifçe eğilir. Bireysel antenlerin her biri, bir parabolik hoparlör oluşturmak için bir parabolik reflektöre odaklanmış tek bir dönüştürücü veya tümü tek bir ışın oluşturmak için faz içi ileten bir dizi hoparlör sürücüleri ve boynuzları ( dönüştürücüler ) kullanabilir. Sistem kurulduğunda her bir antenin hem dikeyden eğim açısı hem de azimut açısı sabitlenir.
Sodarların dikey aralığı yaklaşık 0,2 ila 2 kilometre (km) arasındadır ve frekansın, güç çıkışının, atmosferik stabilitenin, türbülansın ve en önemlisi, bir sodarın çalıştırıldığı gürültü ortamının bir fonksiyonudur. Çalışma frekansları, birkaç yüz watt'a kadar güç seviyeleri ile 1000 Hz'den az ile 4000 Hz'nin üzerine kadar değişir. Atmosferin zayıflatma özelliklerinden dolayı, yüksek güç, daha düşük frekanslı sodarlar genellikle daha fazla yükseklik kapsamı üretecektir. Bazı sodarlar, dikey çözünürlük ve uygulama aralığını daha iyi eşleştirmek için farklı modlarda çalıştırılabilir. Bu, darbe uzunluğu ile maksimum irtifa arasındaki bir gevşeme ile gerçekleştirilir .
Referanslar
Bu makale , Amerika Birleşik Devletleri Hükümeti belgesindeki kamu malı materyalleri içermektedir : " Düzenleyici Modelleme Uygulamaları için Meteorolojik İzleme Rehberi ".
Dış bağlantılar
- Resmi NOAA rüzgar profili arama sayfası Rüzgar yönü ve hızı, deniz seviyesinden 17 km yüksekliğe kadar (1 km aralıklarla) gerçek zamanlı (ve 12 saatlik geçmiş) grafik görüntülerine bakın. Herhangi bir yıldız veya noktayı tıklayın, ardından soldaki "grafiği al" ı tıklayın.