رادارهای هواشناسی


رادار دستگاهی است که امواج الکترومغناطیسی را پخش می‌کند و برای ردیابی اجسام مختلف در شرایط متفاوت بکار می‌رود. نمی‌توان رادار از اختراعهای انسان به شمار آورد، بلکه باید آن را کشف یک قانون معمولی طبیعت دانست.

img/daneshnameh_up/0/08/RADMET1.JPG

مقدمه

رادار یک سیستم الکترومغناطیسی است که برای تشخیص و تعیین موقعیت هدف بکار می‌رود. با رادار می‌توان درون محیطی را که برای چشم ، غیر قابل نفوذ است دید مانند تاریکی ، باران ، مه ، برف ، غبار و غیره. اما مهمترین مزیت رادار توانایی آن در تعیین فاصله یا حدود هدف می‌باشد. کاربرد رادارها در اهداف زمینی ، هوایی ، دریایی ،فضایی و هواشناسی می‌توان پیش بینیهای لازم را ارائه کرد. ایجاد سیستمی با توانایی بالا در ردیابی پدیده‌ها هدف عمده رادارهای هواشناسی کشور است. این دستگاه بر اساس ارسال یک شکل موج خاص به طرف هدف است. برای مثال با یک موج سینوسی با مدولاسیون پالسی تجزیه و تحلیل بازتاب آن عمل می‌کند.

لازم به ذکر است که بدانیم کلمه رادار اختصاری از کلمات Radar Detection And Ranging است، چرا که رادار در ابتدا به عنوان وسیله‌ای برای هشدار نزدیک شدن هواپیمای دشمن بکار می‌رفت و ضد هوایی را در جهت مورد نظر می‌گرداند. اما یکی از مهمترین وظایف رادار تعیین فاصله هدف تا فرستنده است که هیچ تکنیک دیگری بخوبی و به سرعت رادار قادر به اندازه گیری این فاصله نیست.

بخشهای مختلف رادار

یک رادار ساده شامل آنتن ، فرستنده ، گیرنده و عنصر آشکار ساز انرژی یا گیرنده می‌باشد. آنتن فرستنده پرتوهای الکترومغناطیسی تولید شده توسط نوسانگر را دریافت و گیرنده می‌دهد. معمولی‌ترین شکل موج در رادارها یک قطار از پالسهای باریک مستطیلی است که موج حامل سینوسی را مدوله می‌کند. رادارها در روی زمین و در هوا ، دریا و فضا بکار گرفته می‌شوند. رادارهای زمینی بیشتر برای آشکار سازی ، تعیین موقعیت و ردیابی هواپیما یا اهداف هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

رادارهای دریایی به عنوان یک وسیله کمکی به کشتیرانی و وسیله‌ای مطمئن برای تعیین موقعیت شناورها ، خطوط ساحل و دیگر کشتیها و همچنین دیدن هواپیما بکار می‌روند. رادارهای هوایی برای آشکار سازی هواپیما ، کشتی و وسائط نقلیه زمینی و یا نقشه برداری زمین ، اجتناب از طوفان جلوگیری از برخورد با زمین و یا ناوبری می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. در فضا ، رادار به هدایت اجسام پرنده کمک می‌کند و برای ارتباط راه دور با زمین و دریا بکار می‌رود. امروزه رادارهای مجهزی جهت شناسایی مراکز طوفان و اندازه گیری شدت بارندگی و انواع رگبارها در اختیار هواشناسان قرار دارد. بازتاب اشعه رادار در صفحه تصویر منعکس شده و توسط دستگاههای اندازه گیری ، مشخصات سیگنال رسیده دقیقا مورد بررسی قرار می‌گیرد و فاصله هدف تا مبدأ (ایستگاه زمینی رادار) توسط واحد مربوط بنام rang unit اندازه گیری می‌شود.



img/daneshnameh_up/e/ee/radarantenna.JPG

کاربرد رادارهای هواشناسی

امروزه تقریبا تمام دنیا از رادارهای هواشناسی برای مقاصد مختلف استفاده می‌کنند. استفاده از این دستگاه هواشناسی از زمان جنگ شروع شده است، بدین معنا که متخصین رادار مشاهده می‌کردند هر زمان بین هدف و دستگاه رادار ابر باران زا مشاهده شود، مشاهده شود، مشاهده هدف مشکل و گاهی غیر ممکن است، ولی اگر ابر بدون باران باشد اشکال چندانی بوجود نمی‌آید. در اینجا به توضیحات بیشتر در این زمینه می‌پردازیم. تقریبا همیشه برای وضعیت هواشناسی از طول موجهای بلند استفاده می‌شود. و لیکن در این رادارها طول موجها را می‌توان به 10 سانتیمتر یا کمتر مختصر کرد.

واضح است که گاهی اوقات گرفتن بازتابها از اهداف هواشناسی بوده و ممکن است موجب کاهش در حداکثر برد رادار شود. گاهی اوقات مسیر انتقال را تحت تأثیر قرار می‌دهد. اخیرا رادارها در هواشناسی و غیره با هدف از بین بردن نتایج اشتباه با مدارها ترکیب شده‌اند. با اتمام یافتن جنگ در سال 1945، در بخش هواشناسی رادارهای مناسب زیادی ارائه شد که بیشتر از طول موجهای 3 الی 10 سانتیمتر استفاده می‌کردند، آنها داده‌ها را ردیابی کرده و مشاهدات جدید را به صورت بالفعل در آورده و میانگین آنها را بدست می‌آورند. در برخی از کشورها محققیق برنامه‌هایی را اجرا کرده و حوادث ناشی از بازتاب را در هواشناسی مورد بررسی قرار دادند، این بازتاب (برگردان) داده‌ها را می‌توان در اطلاعات هواشناسی مورد استفاده قرار داد و بررسی کرد که چگونه سیستمهای مختلف رادار می‌تواند در بخشهای دیگر مؤثر بوده و مورد استفاده قرار گیرد.

برخی از کشورها در سالهای 1950 و 1960 شروع به استفاده‌های بهتری از رادارها کردند. بین رادارهای هوایی و دریایی اختلاف ناچیزی وجود دارد. هر دو برای ردیابی و پیگیری توفانهای تندری و سیلیکونها مورد استفاده قرار می‌گیرند. اغلب محل فرودگاه در نقاطی که بیشترین حساسیت را در برابر توفانها دارد، قرار می‌گیرد. در این موارد (هنگام بروز طوفان) به ساکنین و هواپیماها هشدار می‌دهند. این اطلاعات موجب افزایش دیده بانی در بخشهای مختلف پیش بینی می‌گردد، در برخی از این روشها میزان بارندگی را بطور دقیق تعیین می‌کنند. بنابراین رادارها امکان توسعه اطلاعات و داده‌های هواشناسی را مسیر می‌سازند.



img/daneshnameh_up/5/5d/TexasRadarMap.gif




در ضمن می‌توان میزان بارندگی را دقیق اندازه گیری کرد و در بخشهای تحقیقاتی هواشناسی و هیدرولوژی (آ‎بشناسی) مورد استفاده قرار داد. بنابراین با استفاده از کامپوترهای اولیه می‌توان مقدار زیادی از داده‌ها را با کمک افراد ارائه و با داده‌های دیجیتالی بطور یکسان مورد پردازش قرار داد و ممکن است تنها تعدادی از حوادث معروف را انتخاب نمایند. علاوه بر این ، می‌توان با حداقل تجربه داده‌ها را تهیه و به شخص استفاده کننده انتقال داد. در اواخر سالهای 1960 همزمان با ظهور کامپیوترهای سریع و کوچک ، استفاده از رادار نیز توسعه یافت. ممکن است در شرایط عادی داده‌های رادار تنها متعلق به اطلاعاتی در مورد بارندگی باشد. بنابراین در اغلب موارد نیاز به دقت در داده‌ها و اصلاح این میانگینها می‌باشد. این کار همیشه بطور مداوم صورت می‌گیرد. و لیکن برخی از کشورها ثابت کردند که داده‌های ارائه شده از رادار تا حدودی برای هشدار دادن سیل و برای مدیریت کلی آب مناسب می‌باشد.

ترکیب داده‌ها با استفاده از چند رادار ، علاوه بر شکل مرکب داده‌های ترکیبی رادار ، داده‌هایی که با استفاده از ماهواره‌ها بدست می‌آیند و داده‌هایی که بیشتر از ابزار و ادوات ویژه هواشناسی بدست می‌آیند تماما مورد بررسی و پیگیری قرار می‌گیرند. از چندین ساعت قبل میزان بارندگی پیش بینی می شود و داده ها و اطلاعات رادار ها از طریق صفحه تلویزیون و کامپیوترها برای پردازش بیشتر مدلهای هواشناسی و هیدرولوژی (آبشناسی) مورد استفاده قرار می‌گیرد و با توجه به دیجیتال بودن سیستمها می‌توان از داده‌ها برای بدست آوردن میزان بارش نواحی مختلف بهره برد. بنابراین می‌توان این ارقام و اطلاعات را به آ‎سانی تا مسافتهای زیادی برای نمایش دادن به کاربر ارسال کرد و میزان زیادی از کارهای باقی مانده داد.

معیارهای رایج در نصب و راه انداری رادار

در سال 1981 فرض بر این بود که رادارهای هوایی که در بخشهای سراسر جهان مورد استفاده قرار می گرفت بین 600 تا 650 رادار بوده است. در اینجا در مورد تعدادی از باند- (C (cm 5 و باند (X (cm 3 که احتمالا هر کدام کمی بیش از 200 بوده، باند (S (cm 10 تا حدودی کمتر از 200 است و مابقی طول موج رادارها در حدود 60 است که تعدادی از باند-X / باند-S و برخی از باند-(K (cm 0.86 /باند X را شامل می‌شود. طول موجی که برای رادارها معمولا استفاده می‌شود توسط USSR یا برخی از کشورهای همجوار مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حدود 200 سیستم رادار ایجاد شده است که برخی از آنها ارقام را مورد پردازش قرار می‌دهند و بطور معمول PPI / RHI را نمایش می‌دهند و بطور خودکار کمتر از 60 پردارش را در سیستم انجام داده و داده‌ها را ارائه می‌نمایند، البته این اعداد به سرعت افزایش می‌یابند.

دانشمندان هواشناسی توانستند با مشاهده این پدیده‌ها و ارتفاع و شدت ابرهای طوفان زا و دارای بارندگی را بر روی نقشه مشخص کنند و حتی رشد و نمو و تغییرات آنها را مطالعه نمایند. در رادارهای هواشناسی صفحات مختلفی بکار می‌رود که رایجترین این صفحات PPI می‌باشد. علت استفاده از PPI در هواشناسی این است که تنها چنین راداری می‌تواند طوفانها و بارندگیها را مشخص و جهت آنرا تعیین سازد. کاربردهای رادارهای هواشناسی ایجاد سیستمی با توانایی کشف ، ردیابی و تخمین عملکرد سیستمهای فعال جوی برای برآورده نمودن نیازهای زیر هدف عمده پروژه رادارهای هواشناسی است.

امنیت ترافیک هوایی

با توجه به اینکه رادار هواشناسی می‌تواند پدیده‌های جوی را در سطوح فوقانی با دقتی بالا کشف و ردیابی کند، این امکان را فراهم می‌آورد تا خلبان پیش از ورود هواپیما به منطقه‌ای که شرایط نامناسب جوی دارد از موضوع آگاهی پیدا کند و تصمیمات لازم را اتخاذ نماید.

کمک به مدیریت منابع آب

رادار هواشناسی امکان پیش بینیهای کوتاه مدت و دقیق از میزان بارندگی را فراهم می‌آورد. این پیش بینی‌ها می‌تواند مبنای خوبی را برای مدیریت منابع آب از قبیل تنظیم دریچه‌های خروجی آب از سدها برای جلوگیری از سر ریز شدن ، پاکسازی راه آبها و … فراهم آورد. همچنین این اطلاعات می‌تواند برای صدور هشدار نسبت به وقوع سیلاب یا طوفان بکار رود. علاوه بر این اطلاعات جمع آوری شده می‌تواند برای پیش بینی‌های بلند مدت در مورد میزان بارندگی و به تبع آن منابع آب بکار رود که در موارد متعددی چون تولید برق و کشاورزی کاربرد دارد.



img/daneshnameh_up/2/29/weathermap.jpg

کشاورزی

رادار هواشناسی امکان پیش بینی‌های کوتاه مدت بارندگی را فراهم می‌آورد. این پیش بینی‌ها علاوه بر میزان بارندگی ، شدت و نوع آن را نیز شامل می‌شود. به این ترتیب پدیده‌های زیانبار برای محصولات کشاورزی از قبیل تگرگ ، باران شدید و طوفان قابل پیش بینی خواهد بود.

تعدیل آب و هوا

شناسایی و ردیابی توده‌های فعال و غیر فعال جوی و برآورد نوع فعالیت آنها می‌تواند منجر به اتخاذ تصمیم درست و به موقع برای باروری ابرها ، تبدیل تگرگ به باران و سایر روشهای تعدیل آب و هوا گردد.

تحقیقات

یکی از زمینه‌های باز تحقیقات ، ایجاد الگوریتم و روشهای برای پیش بینی و تخمین سیستمها می‌باشد. اینکار با داشتن داده‌های آماری دقیق و با فاصله زمانی هر چه کوتاهتر ممکن می‌شود. داشتن آماری با دقت زمانی و فشردگی مکانی بالا از بارندگی ، برای پیشبرد این اهداف مناسب می‌باشد.

مدیریت راهها

فراهم آوردن امکان پیش بینی بارش برف و سایر نزولات آسمانی و طوفانها می‌تواند عاملی مؤثر در جلوگیری از حوادث رانندگی ناشی از لغزندگی معابر و سوانح ناشی از سقوط بهمن باشد.

پیش بینی عمومی وضع هوا

رادار هواشناسی کاربرد عمده‌ای در پیش بینی‌های کوتاه مدت و بلند مدت وضع هوا و تحلیل شرایط جوی دارند و وضعیت جوی حاضر را با تصویرهایی گویا و زیبا ارائه می‌دهند که قابل ارائه از طریق رسانه‌های جمعی نظیر تلویزیون و اینترنت می‌باشد.

محصولات رادار

محصولات هواشناسی شامل محصولات اولیه و ثانویه هستند که از داده های خام اولیه V ، Z ، W بدست می‌آیند. از محصولات رادار می‌توان به چند مورد اشاره نمود که عبارتند از: محصول هواشناسی (PPI RHI CAPPI VAD …) ، محصول آبشناسی (RDS AZS) محصول پیشبینی و هشدار (HHW WRN …) ، محصول پدیده‌ها (SWI MESO …).

مباحث مرتبط با عنوان



تعداد بازدید ها: 30028