NEXRAD

NEXRAD ( Next Generation Radar ) är ett omfattande nätverk av väderradarstationer som drivs av US National Weather Service .  Den höga prestandan hos NEXRAD -radarhårdvaran gör det möjligt att organisera automatiserad observation och kartläggning av atmosfärisk nederbörd i ett läge nära realtid med en fördröjning som inte överstiger 6 minuter. Detta gör det möjligt att hålla aktuell meteorologisk data för väderprognoser och varningar om potentiella naturkatastrofer. Förutom väderprognoser, NEXRAD meteorologiska dataanvänds inom andra områden, såsom jordbruk , transport och vattenteknik [1] .

Allmän information

Uppkomsten av NEXRAD -nätverket ägde rum tack vare gemensamma ansträngningar från handelsdepartementet , försvarsdepartementet och det amerikanska transportdepartementet [2] [3] . Dess grund var komplexet av Dopplerradar WSR -88D ( Eng.  W eather S urveillance R adar 88 D oppler ), som var avsett att ersätta den meteorologiska radarutrustningen från National Meteorological Service, Air Force , Civil Aviation Administration och den Naval Command of Meteorology and Oceanography [4] .

De första experimenten med användningen av Dopplereffekten inom radarmeteorologi i USA började på 1960-talet [5] . Skapandet av NEXRAD- systemet lanserades 1976 vid National Severe Storm Research Laboratory ( Norman , Oklahoma ). 1979 skapades konceptet för projektet, som bestämde de allmänna tillvägagångssätten för utveckling, och 1980 godkändes detaljerade planer för genomförandet av hela programmet, tekniska krav, specifikationer och ansvarsfördelning mellan utvecklare som en del av detta initiativ . 1986 och 1989 genomförde US Air Force Operational Control Center AFOTEC två serier experiment för att utvärdera effektiviteten och lämpligheten av utrustning för NEXRAD- programmet som föreslagits av olika leverantörer [4] .

I januari 1990 valdes Unisys Corporation som huvudentreprenör för kontraktet med NEXRAD- systemutrustning . Den första WSR-88D Doppler-radarn installerades nära Oklahoma City hösten 1990. Med detta evenemang började moderniseringen av teknisk utrustning och omstruktureringen av hela US National Weather Service. År 1996 nådde det totala antalet radarinstallationer med WSR-88D- radarer i drift 140 arbetsstationer som var under kontroll av flygvapnet och den meteorologiska tjänsten. Utöver dem byggdes 5 träningsväderstationer på det kontinentala USA. Utöver dessa planerades 13 WSR-88D- radarer för installation i Alaska , Hawaii och Karibien [6] .

Från och med 2019 var det totala antalet NEXRAD väderradarstationer 160 [2] . De ger pålitlig täckning i hela kontinentala USA, Hawaii, Alaska och Puerto Rico [7] . Man tror att noggrannheten i NEXRADs nederbördsprognoser är särskilt hög för den östra delen av USA (cirka två tredjedelar av landets totala yta) [7] . Vid tidpunkten för introduktionen av NEXRAD- systemet ansågs dess främsta fördelar vara sensorernas höga känslighet, närvaron av ett Doppler-mätläge och möjligheten att visa de uppmätta värdena i realtid, vilket hjälper för att förbättra noggrannheten i väderprognoser [3] .

Bland nackdelarna med NEXRAD- systemet sticker följande ut [7] :

Teknisk specifikation

Grunden för NEXRAD -komplexets hårdvara är multifunktionella dopplerradarer WSR -88D [8] som arbetar vid en våglängd på 10 cm ( S - band ) [9] . Detta val av driftvåglängd dikterades av behovet av att minimera interaktionen mellan NEXRAD- systemet och annan radarutrustning. Hela designen utvecklades specifikt för trombprediktion , noggrann detektering och positionering av virvel- och turbulenta flöden, vindskjuvningsprofiler och bedömning av stadsområdenas gränser [10] .

Räckvidden för varje radar är 230 km [11] . På en höjd av 10 000 fot (cirka 3000 meter) ger NEXRAD- systemet nästan kontinuerlig täckning av nästan hela USA, med undantag för de västra regionerna av landet, där den bergiga terrängen gör det omöjligt att skanna längs den underliggande ytan [6] . Signalreflektans, genomsnittlig radiell hastighet och Dopplerspektrumbredd med en upplösning på 1 grad per 1 kilometer (på ett avstånd av 460 km [10] ) valdes som de registrerade värdena under arbetets gång . Sedan 2008 har mätningar funnits med en superupplösning på 0,5 grader per 0,25 kilometer. Efter 2011 lanserades moderniseringen av radarstationerna i NEXRAD- komplexet . Efter att ha fått förmågan att arbeta i dubbelpolarisationsläge , utöver ovanstående parametrar, började de registrera differentiell reflektivitet , signalkorrelationskoefficient och differentiell fasförskjutning [9] .

Funktionsprincipen för radarn

Mikrovågsgeneratorn i radarsändaren WSR-88D skapar en kontinuerlig koherent signal på bärfrekvensen, som omvandlas till ett pulståg av modulatorn. Dessa pulser förstärks av en klystronförstärkare upp till 1 MW toppeffekt (  upp till 700 kW [12] enligt NOAA ), men medeleffekten överstiger vanligtvis inte en kilowatt [13] . Signalen som sänds ut av antennen har horisontell polarisation [14] .

Vissa tekniska egenskaper hos systemet
namn Menande
Antennreflektordiameter 8,54 m
Antennförstärkning 44,5 dB
Strålbredd 1°
Vertikalt vinkelområde -1° till +60°
sidoloben nivå mindre än 26 dB
Skanningsfrekvens 30° per sekund i azimut och höjd
Använde polarisering linjär, horisontell
Sändarens arbetsfrekvensområde 2700-3000 MHz
Maximalt värde för topppulseffekt 475 kW
Pulslängd 1,57 - 4,57 µs
Mottagarens dynamiska omfång 93 dB
Mottagarens mellanfrekvens 57,6 MHz

Databehandling

Ur metodisk synvinkel inkluderar den kompletta cykeln för att erhålla uppmätta värden tre huvudsteg. Under det första steget ( eng.  Radar Data Acquisition ) utförs genereringen och avlägsnandet av radarsignalen från mottagningsvägen. Detta följs av förbearbetning av radardata ( engelsk  Radar Product Generation ) under vilken de uppmätta radarvärdena omvandlas till meteorologiska och hydrologiska parametrar [15] . För att uppskatta den aktuella nederbördshastigheten med hjälp av reflektiviteten som mäts av radarn , används följande klassiska samband [16] :

var:

- signalens radarreflektivitet, är den observerade nivån av nederbörd.

Vid bedömning av snöfallsnivån används en annan empirisk formel med samma parametrar [17] :

Därefter följer kvalitetskontroll och övervakning av mätförloppet, dataregistrering och distribution. I det sista steget ( eng.  Principal User Processor ) är behandlingen av information för slutanvändaren. För att göra detta inkluderar radarkomplexets hårdvara en arbetsstation med en grafikprocessor och en 19-tums monitor, en färgskrivare och en kommunikationssystemterminal. I detta steg visas de erhållna uppgifterna, kommenteras och registreras enligt operatörens val i den önskade grafiska representationen med önskat val av parametrar och deras värden [15] .

Lista över objekt

Lista över NEXRAD -nätverksobjekt och deras koordinater [18]

Anteckningar

  1. ↑ Nationella forskningsrådet, 2007 , Radardata, sid. 39-42.
  2. ↑ 1 2 NEXRAD Arkiverad 30 april 2021 på Wayback Machine National Oceanic and Atmospheric Administration, 2019
  3. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Sammanfattning, sid. 1669.
  4. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Introduktion, sid. 1669.
  5. ↑ Fukao, Hamazu, 2014 , Nederbördsobservationsradar, sid. 344.
  6. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Introduktion, sid. 1670.
  7. ↑ 1 2 3 Nationella forskningsrådet, 2007 , Radardata, sid. 41.
  8. ↑ Nationella forskningsrådet, 2007 , Radardata, sid. 39.
  9. ↑ 1 2 NEXRAD-data Arkiverad 23 november 2019 på Wayback Machine Google Cloud, 2019
  10. ↑ 1 2 Fukao, Hamazu, 2014 , NEXRAD: WSR-88D, sid. 344.
  11. ↑ NEXRAD Arkiverad 3 januari 2020 på Wayback Machine NOAA:s National Weather Service, 2019
  12. ↑ Teknisk information för NEXRAD  . NOAA (7 november 2017). Hämtad 3 januari 2020. Arkiverad från originalet 3 januari 2020.
  13. ↑ Holton, 2003 , Doppler Radar, sid. 1803.
  14. ↑ Crum, Alberty, 1993 , WSR-88D Översikt, sid. 1672.
  15. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , WSR-88D Översikt, sid. 1671-1674.
  16. ↑ Fukao, Hamazu, 2014 , Förhållandet mellan regnhastighet och radarreflektivitetsfaktor, s. 178.
  17. ↑ Fukao, Hamazu, 2014 , Förhållandet mellan regnhastighet och radarreflektivitetsfaktor, s. 179.
  18. ↑ NEXRAD-webbplatser och koordinater (länk ej tillgänglig) . noaa.gov . Nationellt klimatdatacenter. Hämtad 13 april 2018. Arkiverad från originalet 3 maj 2009. 

Litteratur

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk