TGBL1116 Meteorológiai műszerek Távérzékeléses technikák a meteorológiában Bíróné Kircsi Andrea Egyetemi tanársegéd DE Meteorológiai Tanszék Debrecen, 2008/2009 II. félév Távérzékeléses technikák Légköri tulajdonságok közvetett megfigyelésetávérzékelés, távszondázás, képalkotás formájában 1. Földfelszíni bázisú megfigyelés 2. Űrbázisú megfigyelés Távérzékeléses technikák 1. Aktív távérzékelés: Mérőberendezés ismert tulajdonságú elektromágneses, akusztikus jelet bocsát ki. A vizsgált objektum tulajdonságait a jel paramétereinek változásából mérjük. 2. Passzív távérzékelés: Különböző forrásból származó elektromágneses sugárzás monitorozása, érzékelése a cél. Távérzékelés 1. Aktív távérzékelés: Ismert tulajdonságú elektromágneses jelet bocsátanak ki és annak visszaverődése, szóródása, frekvencia és időeltolódása alapján következtetünk a megfigyelt jelenségre - képalkotás Aktív távérzékelés Radio Detection and Ranging RADAR Sound Detection and Ranging SODAR Light Detection and Ranging LIDAR Radio Acustic Sounding System - RASS 1
ISO 9001:2000 METEK SODAR Sebesség eloszlás (30m) 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 Degreane, Budapest 0,05 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 m/s ANEMOMÉTER SODAR(standard) SODAR - ANEMOMÉTER összehasonlítás Budaspest, 2003. III-IV-V. Vaisala, Szeged Távérzékelés 2. Passzív távérzékelés: Elektromágneses sugárzás, impulzusok érzékelése képalkotás Villámlás megfigyelése Műholdas megfigyelések Céltárgy távolságának meghatározása Mozgásának iránya, sebességének mérése, 2-3D kép 1904 Hülsmeyer fémtárgyak rádióhullámok útján történő észlelése II. világháború villámháborús taktika meghiúsult RADAR név 1941-ből USA-ból származik 1969 Ferihegy BWR-X12 3cm hullámhosszon üzemelő radar üzembe állítása Időjárási radarhálózat A radarhálózat létrehozása 1980-as évek eleje, OMSZ, LRI, OVH együttműködés MRL-5 típusú két hullámsávú X és S sávú, 3.2 és 10.6 cm-es analóg, csak reflektivitási mérésekre alkalmas berendezések Budapest 1980, Farkasfa 1982, Napkor 1983 2
Időjárási radarhálózat A radarhálózat számítógépesítése, mérések automatizálása 1995-re PC + jelfeldolgozó processzorok. Radarhálózat korszerűsítése 2000-től, korszerű, automatizált reflektivitás, Doppler és polarizációs mérésekre is alkalmas C sávú 5.6 cm-es amerikai EEC berendezések. Budapest (2000) EEC 2500C, Napkor (2002) és Pogányvár (2004) EEC 2501C Mérési program Veszélyes időjárási jelenségek (zivatarcellák, csapadékzónák) azonosítása, Radaros csapadékmérés (cseppméret, csapadékintenzitás meghatározása) Korszerűsítés 5cm üzemelő amerikai típusú Doppler radar - légmozgás megfigyelés Mért mennyiségek: Reflektivitási tényező (Budapest, Napkor, Pogányvar) Radial wind component (Budapest, Napkor, Pogányvar) Differential reflectivity (Budapest, Napkor, Pogányvar) Differential propagation phase shift (Napkor, Pogányvar) Cross -correlation coefficient (Napkor, Pogányvar) Rádióhullámok tartományában üzemelnek az impulzus, doppler és polarizációs radarok a jel fénysebességgel terjed 300000km/s 0,5-1,5 széles impulzus nagy pontosság a csapadék elemek beazonosítására Vezérlőegysége a szinkronizátor impulzusismétlési frekvencia összefügg a távolsággal Az időjárási radar Emax E a 2 Emax t r t p t r g d d=c Dt 2 d É x x=d. cos( d). sin( g) y=d. cos( d). cos( g) y h=d. sin( d) Vízszintes pásztázás (3-6 fordulat/perc) Hatótávolság 250-300km - Nagyobb távolságra pontatlanabb a Föld gömb alakja miatt 3-10GHz impulzusok 0,9-10cm hullámhossz használnak <3cm felhődetektálás 5-6 és 10cm közepes szélességeken általános MRL- 3cm használták télen és 10cm nyáron Amerikai Doppler radarok 5cm hullámhosszt használják 3
DWSR 2500/1C paraméterei Mérési stratégia Általános produktumok dbz (egyedi radar, különböző magassági szögön ) Általános produktumok Doppler mérések VAD szélprofil Országos kompozit (C-max) Radiális sebesség PPI Számított produktumok Polarizációs ZPHI módszer a gyengülés korrekciójára (tesztelés alatt) Korrigált reflektivitás Csapadék mérőkkel kalibrált 12 óra radar csapadék összeg Nem korrigált reflektivitás 4
Radar zavarások (WIFI RLAN) szűrése polarizációs mérések alapján Budapest, 2005.07.11 13:52 Range: 240 km Elev.: 0.1 Nem szűrt Budapest, 2005.07.11 13:52 Range: 240 km Elev.: 0.1 Szűrt! Advektív interpoláció - illusztráció Animáció 1 perces interpolációval Radar echo mozgás vektorok a HAWK-ban Advektív interpolációs módszer a csapadék összegek javítására 1 perces fázisok 24 óra - Interpolációval 24 óra Interpoláció nélkül Esőrétegfelhőről készült radarfelvétel 12 [km] 8 4 16 32 48 [km] Csapadékzóna távolsága Felhő víztartalma Folyékony-szilárd fázis aránya Vízcseppek mérete Cseepméreteloszlás felhőtípus csapadékintenzitás Radarecho alakja alapján tornádó felismerése 5
nedves hókristályok száraz hókristályok hódararészecskék és esőcseppek hódararészecskék és kis jégszemek esőcseppek és jégszemek jégszemek eső, intenziv csapadék eső, gyenge intenzitású csapadék vizcseppek [100 és 500 m között] m 2008.11.20. Polarizációs radarral készült felvétel [km] Villámlásdetektálás 12 4 50 60 70 80 [km] rovarok túlhűlt felhőcseppek szabálytalan alakú jégkristályok jégkristályok eső, közepes intenzitású csapadék felhőcseppek Villámlás megfigyelése - SAFIR Zivatarok kialakulása, kísérőjelenségei, elektromos aktivitás Villámlás megfigyelése Feladat a detektálás-észlelés (időpont) Helyzetük meghatározása (lokalizáció) Kb. 1kHz-1-2Ghz elektromágneses impulzust generál a töltéskiegyenlítés Villámok típusai: Felhő felhő villám kb. 80 % Felhő felszín villám kb. 20 % negatív villám pozitív villám Zivatarfelhők életciklusa Töltésszétválasztódás 6
Villámlás fázisai (negatív villám) Villámlokalizációs rendszer ISO 9001:2000 Vaisala (Dimension) mérőrendszer előkisülés L = 10-200 m t = 30 100 µs v t = 10 50 cm/µs I = 10 100 A ellenkisülés főkisülés v t = 100 cm/µs I = 10 3 10 5 A Sárvár Véménd Bugyi Varbóc Zsadány plusz Összeköttetés a magyar és szlovák mérőrendszer között. Villámlás megfigyelése HF Hurokantennák kisebb frenkvencia VHF Dipol antennák nagyobb frekvencia Mo-on VHF antennák vannak: Bugyi, Sárvár, Vémend, Zsadány, Varbóc Időpont meghatározás Antennák érzékelik a kisülés okozta elektromágneses hullámokat Elektromos tulajdonságok Időpont Helymeghatározás A SAFIR mérések pontosságának növelése Irányméréssel DF fáziseltolás interferometriai módszerrel TOA időméréses technika több, min. 3 db antenna szükséges hozzá AZIMUT korrekció előtt AZIMUT korrekció után. 2006 augusztus 20-án 20:45 és 21:00 UTC 7
40 52 64 76 88 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Víz produkció + 15 perc Víz produkció + 00 perc 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 2008.11.20. Interaktív és automatikus cella követés A víz produkció és a villámlás aktivitás fejlődése 2006. augusztus 20-án, 15 perces időlépcsőkben VÍZ PRODUKCIÓ - (m3 / 15 perc) millió 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 ZIVATAR CELLÁK (> 35 dbz) VÍZ PRODUKCIÓJA 2006 08 20 cell2 cell3 cell4 cell5 cell6 cell7 cell8 cell9 cell1 VÍZ PRODUKCIÓ (m3 / óra) millió VÍZ PRODUKCIÓ ÉS VILLÁMLÁS AKTIVITÁS 2006 08 20 0 MÉRÉSI CIKLUS 15 perc ZIVATAR CELLÁK VILLÁMLÁS AKTIVITÁSA 2006 08 20 6000 VILLÁMLÁS AKTIVITÁS (LOG / 15 perc ) 5000 cell2 VILLÁMLÁS - (15 perc) 4000 3000 2000 cell3 cell4 cell5 cell8 Idő + 00 Idő + 15 Idő + 30 M 1,67 1,87 1,70 B 2,65 3,12 2,69 1000 A 35 dbz küszöbérték alapján követett cellák 2006. augusztus 20-án 0 40 52 64 76 88 MÉRÉSI CIKLUS 15 perc Antennák telepítése 1997-1998 2005-ben FLASH Közép-Európai Villámlokalizációs program Köszönöm a figyelmet! Bíróné Kircsi Andrea kircsia@delfin.klte.hu http://meteor.geo.klte.hu 8