Метэаралогія і кліматалогія
Практыкум
Выдавец: Вышэйшая школа
Памер: 223с.
Мінск 2011
Рыс. 10.5. Ружа вятроў, МС Уша
дадзеным месцы. Паўтаральнасць штыляў таксама бярэцца ў працэнтах ад той жа колькасці назіранняў. Ружа вятроў дае нагляднае ўяўленне аб рэжыме ветру ў дадзенай мясцовасці.
э Кантрольныя пытанні
1. Як вызначаюцца напрамак і скорасць ветру?
2. Як пабудаваны флюгер?
3. У чым заключаецца парадак назіранняў па флюгеры?
4. Якія скорасці ветру вымяраюцца з дапамогай флюгера з лёгкай і цяжкай дошкамі?
5. Якая будова і парадак выкарыстання анемометра?
6. Якія існуюць тыпы анемометраў?
7. Што ўяўляюць сабой анемарумбаметры?
Глава (Д)
ДЫСТАНЦЫЙНАЕ ЗАНДЗІРАВАННЕ АТМАСФЕРЫ
11.1. Прынцыпы дыстанцыйнага зандзіравання
Дыстанцыйнае (ускоснае) зандзіраванне заснавана на выкарыстанні розных спектраў электрамагнітнага выпраменьвання як сродку перадачы інфармацыі аб фізічным стане атмасферы. Даныя дыстанцыйнага зандзіравання істотна дапаўняюць наземныя метэаралагічныя назіранні, якія праводзяцца традыцыйнымі (кантактнымі) метадамі. Дыстанцыйныя метады з’яўляюцца найбольш эфектыўным сродкам атрымання інфармацыі аб надвор’і і клімаце. Яны пашыраюць нашы веды аб атмасферных працэсах і гэтым самым павышаюць якасць аналізу і прагнозу надвор’я.
Дыстанцыйныя метады дазваляюць вывучаць атмасферныя з’явы і працэсы на вялікай адлегласці і ахопліваць назіраннямі велізарныя плошчы. Паводле тыпу крыніцы, або прыёмніка электрамагнітнага выпраменьвання, вылучаюць візуальныя, фатаграфічныя, радыёметрычныя, радыёлакацыйныя і спадарожнікавыя дыстанцыйныя метады. Акрамя таго, яны бываюць актыўныя і пасіўныя. Актыўныя метады заснаваны на штучным электрамагнітным апраменьванні атмасферных аб’ектаў і цел і даследаванні адбітай імі часткі гэтага апраменьвання. Пасіўнымі метадамі ўлоўліваецца ўласнае электрамагнітнае выпраменьванне, якое распаўсюджваюць атмасферныя аб’екты і целы ў залежнасці ад сваіх фізічных уласцівасцей тэмпературы і выпраменьвальнай здольнасці. 3 дапамогай спектральных характарыстык розных дыяпазонаў электрамагнітнага выпраменьвання распазнаюцца розныя формы воблакаў, іх мікрафізічны склад і воднасць, верхняя і ніжняя мяжа, граданебяспечнасць, навальніцы і штормы, ліўні і шквалы, зоны з ападкамі, скорасць і напрамак ветру, яго зрушэнне, аэразольны і газавы састаў паветра і інш.
Дыстанцыйныя метады развіваюцца на аснове радыётэлеметрычных сістэм, якія ўяўляюць сабой сукупнасць пераўтваральных, перадавальных, прыёмных і рэгістравальных прылад. Сістэмнае ўзаемадзеянне гэтых прылад забяспечваецца з дапамогай каналаў радыёсувязі — электрамагнітнага выпра-
Рыс. 11.1. Схема радыётэлеметрьічнай сістэмы
меньвання (рыс. 11.1). У працэсе дыстанцыйнага назірання метэаралагічная велічыня В (тэмпература, вільготнасць, ціск, сонечная радыяцыя і інш.) пераўтвараецца датчыкам Д у электрамагнітныя выпраменьванні Э, якія перадаюцца радыёперадатчыкам Р на прыёмную антэну А і сістэму рэгістрацыі Рг. Затым вымераныя метэаралагічныя велічыні расшыфроўваюцца з дапамогай дэшыфратараў Дш і аўтаматычна запісваюцца на папяровых стужках, а потым заносяцца ў табліцы пэўнай формы, прыдатнай для выкарыстання.
11.2. Радыёзандзіраванне
Радыёзандзіраванне з’яўляецца адным з асноўных метадаў дыстанцыйнага даследавання атмасферы для мэт прагнозу надвор’я. Яно ажыццяўляецца шляхам запуску ў атмасферу радыёзонда, які паступова падымаецца да вышыні 30-35 км на адлегласці 150-200 км.
Радыёзонд — фізічны вымяральны прыбор, які выпускаецца ў атмасферу ў свабодны палёт на гумовай абалонцы, напоўненай вадародам (рыс. 11.2). Радыёзонд прызначаны для вымярэння тэмпературы, адноснай вільготнасці і атмасфернага ціску, а таксама для вызначэння скорасці і напрамку ветру ў свабоднай атмасферы на розных вышынях. Пры радыёзандзіраванні вынікі вымярэнняў фізічнага стану атмасферы перадаюцца з дапамогай электрамагнітнага выпраменьвання радыёхваляў. Прыём сігналаў радыёзонда і яго суправаджэнне ажыццяўляюцца з дапамогай радыёлакатара або радыётэадаліта.
Перавага радыёзандзіравання над іншымі метадамі даследавання атмасферы заключаецца ў тым, што радыёзонды могуць выпускацца ў любое надвор’е і ў любым месцы.
Радыёзондавая сістэма складаецца з дзвюх падсістэм: уласна радыёзонда і прыёмнай наземнай прылады.
Рыс. 11.2. Радыёзонд: скрынка з прыборамі
Рыс. 11.3. Будова радыёзонда:
1 анероідныя скрынкі; 2 каркас; 3 біметалічная пласцінка; 4 стрэлка; 5 перадатчык; 6 арганічная мембрана
Уласна радыёзонд складаецца з чатырох частак:
□ датчыкаў (адчувальных элементаў), якія ўспрымаюць тую ці іншую метэаралагічную велічыню;
□ прыстасавання, якое кадзіруе і ператварае паказанні датчыкаў у радыёхвалі пэўнай даўжыні і частаты;
□ кароткахвалевага ці ультракароткахвалевага перадатчыка з антэнай;
□ крыніцы жыўлення акумулятара.
Прыёмная наземная прылада прызначана для прыёму радыёсігналаў, якія распаўсюджвае перадатчык радыёзонда. Гэтая прылада ўяўляе сабой радыёпрыёмнік з антэнай, які працуе на тых жа хвалях і частотах, што і перадатчык на радыёзондзе. Прынятыя на Зямлі радыёсігналы аўтаматычна запісваюцца на стужцы метэаграмме, якую расшыфроўваюць, г.зн. вызначаюць колькасныя значэнні ціску, тэмпературы і вільготнасці. Скорасць і напрамак ветру вымяраюцца шляхам пеленгацыі радыёзонда ў час яго палёту ў атмасферы з дапамогай радыёлакатара ці радыётэадаліта. Гэтыя прылады маюць вугламернае начынне, якое служыць для вызначэння вуглавых каардынат радыёзонда (вертыкальнага вугла і азімута).
Датчыкамі-пераўтваральнікамі тэмпературы, адноснай вільготнасці і атмасфернага ціску ў радыёсігналы з’яўляюцца адпаведна біметалічная пласцінка, анероідныя скрынкі і пучок абястлушчаных чалавечых валасоў або арганічная плёнка ў выглядзе мембраны (рыс. 11.3).
Рыс 11.4. Запуск радыёзонда: паветраны шар і скрынка з прыборамі
Радыёзонды запускаюцца на аэралагічных станцыях некалькі разоў на дзень (рыс. 11.4). 3 дапамогай радыёзондаў надзейна вымяраюцца метэаралагічныя элементы, якія змяняюцца ў шырокіх межах: ціск ад 1100 да 5 гПа, тэмпература ад -70 да +40 °C і вільготнасць ад 0 да 100%. Пры гэтым дакладнасць вымярэння дасягае адпаведна ±5 гПа, ±0,5 °C, ±5%.
Для даследчых мэт запускаюцца спецыяльныя радыёзонды. Такія радыёзонды выкарыстоўваюцца для вызначэння вышыні ніжняй і верхняй межаў воблакаў, абледзянення, турбулентнасці, a таксама для актынаметрычных вымярэнняў у свабоднай атмасферы, вымярэння электрычнага поля атмасферы, утрымання азону і г.д.
11.3. Радыёлакацыйнае зандзіраванне
Радыёлакацыя з’яўляецца галіной радыётэхнікі, з дапамогай якой выяўляюцца і даследуюцца атмасферныя аб’екты (атмасферныя франты, тыпы паветраных мас, цыклоны і антыцыклоны, формы і колькасць воблакаў, іх структура і інш.). Радыёлакацыйныя прылады, якія забяспечваюць назіранні за атмасфернымі аб’екгамі, называюцца метэаралагічнымі радыёлакатарамі (МРЛ). Такія радыёлакатары ўстанаўліваюцца на Зямлі, на суднах, самалётах і спадарожніках. Праца радыёлакатараў заснавана на ўласцівасцях атмасферных аб’ектаў адбіваць электрамагнітныя выпраменьванні, якія пасылаюцца ў прастору. Радыёлакатар выпраменьвае электрамагнітную энергію, якая адбіваецца ад атмасферных аб’ектаў і вяртаецца на-
зад. Аналіз электрамагнітнай энергіі, адбітай ад воблака, дае магчымасць атрымаць звесткі аб воднасці воблакаў, іх агрэгатным стане (вадкае, цвёрдае, змешанае), памерах воблачных элементаў, размеркаванні ў прасторы, перамяшчэнні, будове і развіцці.
Бесперапынныя назіранні за адбітай электрамагнітнай энергіяй таксама дазваляюць вызначыць зоны з ападкамі, прасачыць за іх напрамкам і скорасцю перамяшчэння, ацаніць інтэнсіўнасць і характар (франтальныя, унутрымасавыя). Акрамя таго, радыёлакатары выкарыстоўваюцца для штормаапавяшчэння і кароткатэрміновага прагнозу надвор’я, а таксама для абслугоўвання работы авіяцыі выяўлення навальніц, граду, ліўняў, шквалаў і інш.
Для назіранняў за ападкамі выкарыстоўваюцца радыёлакатары, якія працуюць у сантыметровым дыяпазоне электрамагнітных выпраменьванняў, а для назіранняў за воблакамі радыёлакатары, што працуюць у міліметровым дыяпазоне.
Метэаралагічныя радыёлакатары бываюць розных тыпаў імпульсныя, аптычныя квантавыя і доплераўскія. Найбольш шырокае выкарыстанне атрымалі імпульсныя радыёлакатары, якія выпраменьваюць радыёсігналы кароткімі імпулЬсамі.
У аэрапорце «Мінск-2» устаноўлены і паспяхова працуе імпульсны метэаралагічны радыёлакатар МРЛ-5, які дазваляе атрымліваць неабходную інфармацыю для аналізу сінаптычнай сітуацыі і складання авіяцыйных прагнозаў высокай дакладнасці.
Радыёлакатар МРЛ-5 з’яўляецца двуххвалевай радыёлакацыйнай станцыяй, што працуе на хвалях 3 см (1-ы канал) і 10 см (2-і канал). Перадатчык-магнетрон радыёлакатара генерыруе электрамагнітную энергію (радыёхвалі) звышвысокай частаты і перадае яе па хваляводных каналах на парабалоідную антэну дыяметрам 4,5 м.
Антэнная сістэма (рыс. 11.5) канцэнтруе энергію ў выглядзе конуса элекграмагнітнага промня. Антэна паварочваецца вакол восі такім чынам, што прамень рухаецца паверх гарызонту накшталт пражэктара.
Радыёхвалі выпраменьваюцца ў атмасферу вельмі кароткімі, але магутнымі імпульсамі з працяглымі паўзамі паміж імі. Працягласць імпульсу складае каля 1-2 мкс, магутнасць імпульсу на выхадзе магнетрона 250-800 кВт, а працягласць паўз паміж імпульсамі1000 мкс (табл. 11.1).
Рыс. 11.5. Антэнная сістэма радыёлакатара
Табліца 11.1
Асноўныя тэхнічныя характарыстыкі радыёлакатара МРЛ-5
Характарыстыка
Адзінка вымярэння
1-ы канал
2-і канал
Частата
МГц
9595±15
2950±15
Даўжыня хвалі
CM
3,14
10,15
Імпульская магутнасць на выхадзе магнетрона
кВт
250
800
Працягласць імпульсу
мкс
1;2
1;2
Дыяметр парабалоіда вярчэння люстэрка антэны
м
4,5
4,5
Скорасць вярчэння антэны па азімуце
аб/мін
0-6
0-6
Адлегласць індыкатара кругавога агляду
км
25; 50 100; 300
25; 50 100; 300
Адлегласць індыкатара (далёкасць вышыня)
км
да 50/100
да 50/100
Спажыванне магутнасці ад электрасеткі
кВт
14
14
Калі электрамагнітны імпульс сутыкаецца на сваім шляху з атмасфернымі аб’ектамі і іншымі прадметамі, то адбываецца адлюстраванне і рассейванне імпульснай энергіі ва ўсіх, у тым ліку і ў адваротным (у бок МРЛ-5), напрамках прасторы. Адлюстраваныя імпульсы прымаюцца той жа антэнай і па хваляводных каналах паступаюць на прыёмныя прыстасаванні.
КНІГІ ОНЛАЙН
