NEXRAD

NEXRAD ( Next Generation Radar ) je rozsáhlá síť meteorologických radarových stanic provozovaných americkou Národní meteorologickou službou .  Vysoký výkon hardwaru radaru NEXRAD umožňuje organizovat automatizované pozorování a mapování atmosférických srážek v režimu blízkém reálnému času se zpožděním nepřesahujícím 6 minut. To umožňuje udržovat aktuální meteorologická data pro předpověď počasí a varování před potenciálními přírodními katastrofami. Kromě předpovědi počasí se meteorologická data NEXRAD využívají i v dalších oblastech, jako je zemědělství , doprava a vodní stavitelství [1] .

Obecné informace

Ke vzniku sítě NEXRAD došlo díky společnému úsilí Ministerstva obchodu , Ministerstva obrany a Ministerstva dopravy USA [2] [3] . Jeho základem byl komplex dopplerovských radarů WSR-88D ( eng.  Weather Surveillance R adar 88 D oppler ) , který měl nahradit meteorologická radarová zařízení Národní meteorologické služby, letectva , Správy civilního letectví a Námořní velitelství meteorologie a oceánografie [4] .

První experimenty s využitím Dopplerova jevu v radarové meteorologii ve Spojených státech začaly v 60. letech 20. století [5] . Vytvoření systému NEXRAD bylo zahájeno v roce 1976 v National Severe Storm Research Laboratory ( Norman , Oklahoma ). V roce 1979 vznikla koncepce projektu, která určovala obecné přístupy k vývoji a do roku 1980 byly v rámci této iniciativy schváleny podrobné plány realizace celého programu, technické požadavky, specifikace a rozdělení odpovědnosti mezi vývojáře. . V letech 1986 a 1989 provedlo operační řídicí středisko amerického letectva AFOTEC dvě série experimentů k vyhodnocení účinnosti a vhodnosti vybavení pro program NEXRAD navržený různými prodejci [4] .

V lednu 1990 byla společnost Unisys Corporation vybrána jako hlavní dodavatel zakázky na systémové vybavení NEXRAD . První radar WSR-88D Doppler byl instalován poblíž Oklahoma City na podzim roku 1990. Touto akcí začala modernizace technického vybavení a restrukturalizace celé americké Národní meteorologické služby. Do roku 1996 dosáhl celkový počet zprovozněných radarových instalací s radary WSR-88D 140 pracovních stanic pod kontrolou letectva a meteorologické služby. Kromě nich bylo na kontinentálních Spojených státech postaveno 5 cvičných meteostanic. Kromě toho bylo plánováno 13 radarů WSR-88D pro instalaci na Aljašce , Havaji a v Karibiku [6] .

K roku 2019 byl celkový počet meteorologických radarových stanic NEXRAD 160 [2] . Poskytují spolehlivé pokrytí po celých kontinentálních Spojených státech, Havaji, Aljašce a Portoriku [7] . Předpokládá se, že přesnost předpovědí srážek NEXRAD je zvláště vysoká pro východní část Spojených států (asi dvě třetiny celkové rozlohy země) [7] . V době uvádění systému NEXRAD do provozu byla za jeho hlavní přednosti považována vysoká citlivost snímačů, přítomnost dopplerovského režimu měření a schopnost zobrazovat naměřené hodnoty v reálném čase, což pomáhá zlepšit přesnost předpovědí počasí [3] .

Mezi nevýhody systému NEXRAD vynikají následující [7] :

Technická specifikace

Základem hardwaru komplexu NEXRAD jsou multifunkční dopplerovské radary WSR-88D [8] , které pracují na vlnové délce 10 cm ( S - band ) [9] . Tato volba provozní vlnové délky byla diktována potřebou minimalizovat interakci systému NEXRAD s jiným radarovým zařízením. Celý návrh byl vyvinut speciálně pro předpověď tornáda , přesnou detekci a umístění vířivých a turbulentních proudění, profily střihu větru a posouzení hranic městských oblastí [10] .

Dosah každého radaru je 230 km [11] . V nadmořské výšce 10 000 stop (asi 3 000 metrů) poskytuje systém NEXRAD téměř nepřetržité pokrytí téměř celých Spojených států, s výjimkou západních oblastí země, kde horský terén znemožňuje skenování podél podložního povrchu. [6] . Jako zaznamenané hodnoty byly v průběhu práce zvoleny odrazivost signálu, průměrná radiální rychlost a šířka Dopplerova spektra s rozlišením 1 stupeň na 1 kilometr (na vzdálenost 460 km [10] ) . Od roku 2008 jsou k dispozici měření v super rozlišení 0,5 stupně na 0,25 kilometru. Po roce 2011 byla zahájena modernizace radarových stanic areálu NEXRAD . Poté, co získaly schopnost pracovat v režimu duální polarizace , začaly kromě výše uvedených parametrů registrovat diferenciální odrazivost , signálový korelační koeficient a diferenciální fázový posun [9] .

Princip činnosti radaru

Mikrovlnný generátor radarového vysílače WSR-88D vytváří spojitý koherentní signál na nosné frekvenci, který je modulátorem přeměněn na sled pulsů. Tyto impulsy jsou zesíleny klystronový zesilovačem až do 1 MW špičkového výkonu (  až 700 kW [12] dle NOAA ), ale průměrný výkon obvykle nepřesahuje kilowatt [13] . Signál vyzařovaný anténou má horizontální polarizaci [14] .

Některé technické vlastnosti systému
název Význam
Průměr anténního reflektoru 8,54 m
Zisk antény 44,5 dB
Šířka paprsku 1°
Rozsah vertikálního úhlu -1° až +60°
úroveň bočního laloku méně než 26 dB
Frekvence skenování 30° za sekundu v azimutu a elevaci
Použitá polarizace lineární, horizontální
Provozní frekvenční rozsah vysílače 2700-3000 MHz
Maximální hodnota špičkového pulzního výkonu 475 kW
Délka pulsu 1,57 - 4,57 us
Dynamický rozsah přijímače 93 dB
Mezifrekvence přijímače 57,6 MHz

Zpracování dat

Z metodologického hlediska zahrnuje kompletní cyklus získávání naměřených hodnot tři hlavní fáze. Během prvního kroku ( angl.  Radar Data Acquisition ) se provádí generování a odstranění radarového signálu z přijímací cesty. Následuje předzpracování radarových dat ( anglicky  Radar Product Generation ), při kterém se naměřené radarové hodnoty převádějí na meteorologické a hydrologické parametry [15] . Pro odhad aktuální rychlosti srážek pomocí odrazivosti měřené radarem se používá následující klasický vztah [16] :

kde:

- radarová odrazivost signálu, je pozorovaná úroveň srážek.

Při posuzování úrovně sněžení se používá jiný empirický vzorec se stejnými parametry [17] :

Následuje kontrola kvality a sledování průběhu měření, záznam a distribuce dat. Posledním krokem ( angl.  Principal User Processor ) je zpracování informací pro koncového uživatele. Hardware radarového komplexu k tomu zahrnuje pracovní stanici s grafickým procesorem a 19palcovým monitorem, barevnou tiskárnu a terminál komunikačního systému. V tomto kroku se získaná data zobrazí, okomentuje a zaznamená dle volby operátora v požadovaném grafickém znázornění s požadovanou volbou parametrů a jejich hodnot [15] .

Seznam objektů

Seznam objektů sítě NEXRAD a jejich souřadnice [18]

Poznámky

  1. ↑ Národní rada pro výzkum, 2007 , Radarová data, str. 39-42.
  2. ↑ 1 2 NEXRAD Archivováno 30. dubna 2021 na Wayback Machine National Oceanic and Atmospheric Administration, 2019
  3. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Abstrakt, str. 1669.
  4. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Úvod, str. 1669.
  5. ↑ Fukao, Hamazu, 2014 , Precipitation Observation Radar, str. 344.
  6. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Úvod, str. 1670.
  7. ↑ 1 2 3 Národní rada pro výzkum, 2007 , Radarová data, str. 41.
  8. ↑ Národní rada pro výzkum, 2007 , Radarová data, str. 39.
  9. ↑ 1 2 Data NEXRAD Archivována 23. listopadu 2019 ve Wayback Machine Google Cloud, 2019
  10. ↑ 1 2 Fukao, Hamazu, 2014 , NEXRAD: WSR-88D, str. 344.
  11. ↑ NEXRAD Archivováno 3. ledna 2020 na Wayback Machine Národní meteorologická služba NOAA, 2019
  12. ↑ Technické informace NEXRAD  . NOAA (7. listopadu 2017). Staženo 3. ledna 2020. Archivováno z originálu dne 3. ledna 2020.
  13. ↑ Holton, 2003 , Dopplerův radar, str. 1803.
  14. ↑ Crum, Alberty, 1993 , Přehled WSR-88D, str. 1672.
  15. ↑ 1 2 Crum, Alberty, 1993 , Přehled WSR-88D, str. 1671-1674.
  16. ↑ Fukao, Hamazu, 2014 , Vztah mezi mírou srážek a faktorem odrazivosti radaru, str. 178.
  17. ↑ Fukao, Hamazu, 2014 , Vztah mezi mírou srážek a faktorem odrazivosti radaru, str. 179.
  18. ↑ Místa a souřadnice NEXRAD (odkaz není k dispozici) . noaa.gov . Národní klimatické datové centrum. Získáno 13. 4. 2018. Archivováno z originálu 3. 5. 2009. 

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie