رادار هواشناسی(4)

رادارهای هواشناسی در ایران

رادار يكي از ابزارهاي مهم اندازه گيري پارامترهاي هواشناسي است كه با ارسال امواج الكترومغناطيس و دريافت بازتاب آن همانند يك تيغ جراحي فضاي تحت پوشش را مي شكافد و اطلاعات جوي رابدست مي آورد.از مزيت هاي رادارهاي هواشناسي پيوستگي زماني و مكاني اندازه گيري هاي آن است كه به عنوان داده هاي تكميلي در پيش بيني دقيق تر مكان و زمان وقوع پديده هاي جوي به حساب مي آيد.

شروع مطالعات:مطالعات طرح شبكه رادار در ايران از سال 1377 توسط كارشناسان سازمان هواشناسي جهاني و ايران شروع شد.

شبكه رادار: در شبكه رادار هواشناسي ايران 12 نقطه طراحي شده كه در فاز نخست سه نقطه در نيمه غربي كشور تجهيز و راه اندازي خواهد شد.اولين آن در اهواز نصب و دو دستگاه ديگر پس از رفع مشكل زمين در تهران و تبريز نصب خواهد شد.

مكان يابي: عمليات سايت يابي رادار اهواز توسط كارشناسان سازمان هواشناسي جهاني صورت گرفت.

شروع عمليات: عمليات ساختمان مخابرات و برج و امكانات جنبي آن در سال 82 توسط سه شركت ايراني شروع شد.

نوع دستگاه: رادار s باند كه از شركت گماترونيك آلماني خريداري شد.

ميزان و محل اعتبار: هزينه خريد رادار 2.5 ميليون دلار و هزينه ساختمان و برج رادار حدود 300 ميليون تومان مي باشد كه از محل اعتبارات ملي هزينه شده است.

اطلاعات رادار: اين دستگاه اطلاعات كاملي را از بارندگي بويژه طوفانهاي رعد و برق كه ايجاد رگبار و سيل و آبگرفتگي مي كنند به صورت لحظه اي در اختيار كاربران قرار مي دهد اين اطلاعات در پيش بيني هاي كوتاه مدت فوق العاده مهم است.ضخامت ابر،اندازه قطرات،جهت حركت و زمان و مكان بارش از جمله عوامل مورد اندازه گيري آن بشمار مي رود.علاوه بر اين رادار اطلاعات مربوط به حركت حشرات و آفات نباتي نظير ملخ ،ذرات معلق در هوا مانند گرد و خاك شن و ذرات آلوده كننده مانند دود را در اختيار قرار مي دهد.همچنين اين دستگاه اطلاعات مربوط به تغييرات سمت و سرعت باد با ارتفاع كه به آن وينديشر مي گويند و در نشست و برخاست هواپيما اهميت دارد را مشخص مي كند.

راداري كه در اهواز نصب و راه اندازي شده داراي مشخصات فني زير است:

1- باند فركانس s كه استفاده از اين باند فركانس براي مناطق حاره اي و نواحي با بارشهاي شديد و رگباري مانند خوزستان توصيه شده است.

2- توان ارسالي آن 750 كيلو وات مي باشد .

3- مجهز به تكنيك داپلري است كه امكان اندازه گيري سرعت حركت پديده هاي هواشناسي را فراهم مي كند.

4- برد رادار در دو مد داپلري و غير داپلري بترتيب حدود 150 و 400 كيلومتر مي باشد.

5- امكان تجهيز به پلاريزاسيون دوگانه جهت تشخيص بهتر نوع بارش مي باشد.

6- امكان دسترسي به پائين ترين سطح از داده هاي رادار ( سيگنال Q *I )كه در جهت استفاده در كارهاي تحقيقاتي سطح بالا مورد استفاده قرار مي گيرد.

7- انتقال محصولات از طريق شبكه به كاربر يا كاربران يا يك مركز كامپيوتر

8- ذخيره كردن محصولات داده هاي رادار

9- قطر آنتن و گنبد آن بترتيب 8.5 و 11.65 تر مي باشد.

10- ارتفاع آن از سطح زمين 35 متر است.

11- كاملا اتوماتيك و كنترل از راه دور مي باشد.

12- داراي سيستم عيب ياب و نمايش عملكرد رادار مي باشد.

محصولات رادار: محصولات رادار متنوع است كه در دسته بندي زير تقسيم مي شوند.

· ميزان آب قابل بارش

· شدت بارش در سطح زمين ،مقدار بارش در مدت زمان مشخص و …

· اخطار و پيش بيني پديده هاي مخرب نظير تگرگ ،سيل.

· ره گيري مسير طوفان و باران

· محصولات چينش باد مانند چينش افقي باد-چينش قائم باد و تعيين لايه تربولانس

· تشخيص پديده هائي مانند طوفان گرد و خاك،نواحي همگرايي و واگرائي ،جبهه گاستي .تعيين سيكلونهاي ميان مقياس و …

· با بكارگيري محصولات رادار بهبود قابل توجهي در پيش بيني هاي كوتاه مدت رخ خواهد داد.ضمن اينكه استفاده از اين اطلاعات در هوانوردي و آبشناسي بسيار مهم مي باشد.

 

دیگر محصولات رادار

محصولات هواشناسي شامل محصولات اوليه و ثانويه هستند كه از داده هاي خام اوليه V ، Z، W بدست مي آيند.از محصولات رادار مي توان به چند مورد اشاره نمود كه عبارتند از:محصول هواشناسي ( PPI RHI CAPPI VAD … ) محصول آبشناسي ( RDS AZS ) محصول پيشبيني و هشدار ( HHW WRN … ) محصول پديده ها ( SWI MESO …)

در نهايت اميد بر اينست كه با راه اندازي رادارهاي هواشناسي و ادامه آن در فازهاي بعد بتوان در جهت بهبود پيش يابي هاي وضع هوا گامي بزرگ برداشت.

منابع:

- گزارش پيشرفت پروژه رادار،سازمان هواشناسي كشور 1382 - شهرزاد قند هاري

- http://www.mazandaranmet.ir/

رادار هواشناسی(3)

كاربردهاي رادارهاي هواشناسي ايجاد سيستمي با توانايي كشف، رديابي و تخمين عملكرد سيستم هاي فعال جوي براي برآورده نمودن نيازهاي زير هدف عمده پروژه رادارهاي هواشناسي است.

1- امنيت ترافيك هوايي

با توجه به اينكه رادار هواشناسي مي تواند پديده هاي جوي را در سطوح فوقاني با دقتي بالا كشف و رديابي كند،اين امكان را فراهم مي آورد تا خلبان پيش از ورود هواپيما به منطقه اي كه شرايط نامناسب جوي دارد از موضوع آگاهي پيدا كند و تصميمات لازم را اتخاذ نمايد.

2- كمك به مديريت منابع آب

رادار هواشناسي امكان پيش بيني هاي كوتاه مدت و دقيق از ميزان بارندگي را فراهم مي آورد. اين پيش بيني ها مي تواند مبناي خوبي را براي مديريت منابع آب از قبيل تنظيم دريچه هاي خروجي آب از سدها براي جلوگيري از سر ريز شدن،پاكسازي راه آبها و… فراهم آورد.

همچنين اين اطلاعات مي تواند براي صدور هشدار نسبت به وقوع سيلاب يا طوفان بكار رود.علاوه بر اين اطلاعات جمع آوري شده مي تواند براي پيش بيني هاي بلند مدت در مورد ميزان بارندگي و به تبع آن منابع آب بكار رود كه در موارد متعددي چون توليد برق و كشاورزي كاربرد دارد.

3- كشاورزي

همانطور كه گفته شد رادار هواشناسي امكان پيش بيني هاي كوتاه مدت بارندگي را فراهم مي آورد.اين پيش بيني ها علاوه بر ميزان بارندگي،شدت و نوع آن را نيز شامل مي شود.به اين ترتيب پديده هاي زيانبار براي محصولات كشاورزي از قبيل تگرگ ،باران شديد و طوفان قابل پيش بيني خواهد بود.

4- تعديل آب و هوا

شناسايي و رديابي توده هاي فعال و غير فعال جوي و برآورد نوع فعاليت آنها مي تواند منجر به اتخاذ تصميم درست و به موقع براي باروري ابرها،تبديل تگرگ به باران و ساير روشهاي تعديل آب و هوا گردد.

5 - تحقيقات

يكي از زمينه هاي باز تحقيقات ،ايجاد الگوريتم و روشهاي براي پيش بيني و تخمين سيستمها مي باشد.اينكار با داشتن داده هاي آماري دقيق و با فاصله زماني هر چه كوتاهتر ممكن مي شود.داشتن آماري با دقت زماني و فشردگي مكاني بالا از بارندگي،براي پيشبرد اين اهداف مناسب مي باشد.

6 - مديريت راهها

فراهم آوردن امكان پيش بيني بارش برف و ساير نزولات آسماني و طوفانها مي تواند عاملي مؤثر در جلوگيري از حوادث رانندگي ناشي از لغزندگي معابر و سوانح ناشي از سقوط بهمن باشد.

7 - پيش بيني عمومي وضع هوا

رادار هواشناسي كاربرد عمده اي در پيش بيني هاي كوتاه مدت و بلند مدت وضع هوا و تحليل شرايط جوي دارند و دضعيت جوي حاضد را با تصويرهايي گويا و زيبا ارائه مي دهند كه قابل ارائه از طريق رسانه هاي جمعي نظير تلويزيون و اينترنت مي باشد.

رادار هواشناسی(2)

رادار يك سيستم الكترومغناطيسي است كه براي تشخيص و تعيين موقعيت هدف بكار مي رود . با رادار مي توان درون محيطي را كه براي چشم ،غير قابل نفوذ است ديد مانند تاريكي ،باران،مه.برف،غبار و غيره.اما مهمترين مزيت رادار توانايي آن در تعيين فاصله يا حدود هدف مي باشد.كاربرد رادارها در اهداف زميني ، هوايي،دريايي،فضايي و هواشناسي مي توان پيش بيني هاي لازم را ارائه كرد.ايجاد سيستمي با توانايي بالا در رديابي پديده ها هدف عمده رادارهاي هواشناسي كشور است

 

معرفی

رادار يك سيستم الكترومغناطيسي است براي تشخيص و تعيين موقعيت هدفها بكار مي رود.اين دستگاه بر اساس ارسال يك شكل موج خاص به طرف هدف است.براي مثال با يك موج سينوسي با مدولاسيون پالسي تجزيه و تحليل بازتاب آن عمل مي كند.

با رادار مي توان درون محيطي را كه براي چشم غير قابل نفوذ است ديد مثل تاريكي ، باران ،مه برف ،غبار و غيره،اما مهمترين مزيت رادار،توانائي آن در تعيين فاصله يا حدود هدف مي باشد.

لازم به ذكر است كه بدانيم كلمه رادار اختصاري از كلمات Radar Detection And Ranging است،چرا كه رادار در ابتدا بعنوان وسيله اي براي هشدار نزديك شدن هواپيماي دشمن بكار مي رفت و ضد هوايي را در جهت مورد نظر مي گرداند.اما يكي از مهمترين وظايف رادار تعيين فاصله هدف تا فرستنده است كه هيچ تكنيك ديگري بخوبي وبه سرعت رادار قادر به اندازه گيري اين فاصله نيست.

يك رادار ساده شامل آنتن ،فرستنده ،گيرنده و عنصر آشكار ساز انرژي يا گيرنده مي باشد. آنتن فرستنده پرتوهاي الكترومغناطيسي توليد شده توسط نوسانگر را دريافت و گيرنده مي دهد. معمولي ترين شكل موج در رادارها يك قطار از پالسهاي باريك مستطيلي است كه موج حامل سينوسي را مدوله مي كند.

رادارها در روي زمين ودر هوا، دريا و فضا بكار گرفته مي شوند.رادارهاي زميني بيشتر براي آشكار سازي ،تعيين موقعيت و رديابي هواپيمايا اهداف هوايي مورد استفاده قرار مي گيرند.رادارهاي دريايي بعنوان يك وسيله كمكي به كشتيراني و وسيله اي مطمئن براي تعيين موقعيت شناورها،خطوط ساحل و ديگر كشتيها و همچنين ديدن هواپيما بكار مي روند.رادارهاي هوايي براي آشكار سازي هواپيا،كشتي و وسائط نقليه زميني و يا نقشه برداري زمين،اجتناب از طوفان جلوگيري از برخورد با زمين و يا ناوبري مي توانند مورد استفاده قرار گيرند.در فضا ،رادار به هدايت اجسام پرنده كمك مي كند و براي ارتباط راه دور با زمين و دريا بكار مي رود.

امروزه رادارهاي مجهزي جهت شناسايي مراكز طوفان و اندازه گيري شدت بارندگي و انواع رگبارها در اختيار هواشناسان قرار دارد.بازتاب اشعه رادار در صفحه تصوير منعكس شده و توسط دستگاههاي اندازه گيري، مشخصات سيگنال رسيده دقيقا مورد بررسي قرار مي گيرد و فاصله هدف تا مبدا ( ايستگاه زميني رادار) توسط واحد مربوط بنام rang unit اندازه گيري مي شود.

امروزه تقريبا تمام دنيا از رادارهاي هواشناسي براي مقاصد مختلف استفاده مي كنند. استفاده از اين دستگاه هواشناسي از زمان جنگ شروع شده است بدين معنا كه متخصين رادار مشاهده مي كردند هر زمان بين هدف و دستگاه رادار ابر باران زا مشاهده شود،مشاهده شود،مشاهده هدف مشكل و گاهي غير مكن است ولي اگر ابر بدون باران باشد اشكال چنداني بوجود نمي آيد.در اينجا به توضيحات بيشتر در اين زمينه مي پردازيم.تقريبا هميشه براي وضعيت هواشناسي از طول موج هاي بلند استفاده مي شود.وليكن در اين رادارها طول موجها را ميتوان به 10 سانتي متر يا كمتر مختصر كرد.

واضح است كه گاهي اوقات گرفتن بازتاب ها از اهداف هواشناسي بوده و ممكن است موجب كاهش در حداكثر برد رادار شود.گاهي اوقات مسير انتقال را تحت تاثير قرار مي دهد. اخيرا رادارها در هواشناسي و غيره با هدف از بين بردن نتايج اشتباه با مدارها تركيب شده اند. با اتمام يافتن جنگ در سال 1945،در بخش هواشناسي رادارهاي مناسب زيادي ارائه شد.كه بيشتر از طول موج هاي 3 الي 10 سانتي متر استفاده مي كردند، آنها داده ها را دريابي كرده و مشاهدات جديد را به صورت بالفعل درآورده و ميانگين آنها را بدست مي آورند.در برخي از كشورها محققيق برنامه هايي را اجرا كرده و حوادث ناشي از بازتاب را در هواشناسي مورد بررسي قرار دادند،اين بازتاب (برگردان) داده ها را مي توان در اطلاعات هواشناسي مورد استفاده قرارداد و بررسي كرد كه چگونه سيستم هاي مختلف رادار مي تواند در بخش هاي ديگر موثر بوده و مورد استفاده قرارگيرد.برخي از كشورها در سال هاي 1950 و 1960 شروع به استفاده هاي بهتري از رادارها كردند.بين رادارهاي هوايي و دريايي اختلاف ناچيزي وجود دارد.هر دو براي رديابي و پيگيري توفان هاي تندري و سيليكون ها مورد استفاده قرار مي گيرند.اغلب محل فرودگاه در نقاطي كه بيشترين حساسيت را در برابر توفان ها دارد،قرار مي گيرد.در اين موارد (هنگام بروزطوفان) به ساكنين و هواپيماها هشدار مي دهند.اين اطلاعات موجب افزايش ديده باني در بخش هاي مختلف پيش بيني مي گردد،در برخي از اين روش ها ميزان بارندگي را به طور دقيق تعيين مي كنند. بنابراين رادارها امكان توسعه اطلاعات و داده هاي هواشناسي را مسير مي سازند.

در ضمن مي توان ميزان بارندگي را دقيق اندازه گيري كرد و در بخش هاي تحقيقاتي هواشناسي و هيدرولوژي (آ‎بشناسي) مورد استفاده قرار داد.بنابراين با استفاده از كامپوترها ي اوليه مي توان مقدار زيادي از داده ها را با كمك افراد ارائه و با داده هاي ديجيتالي بطور يكسان مورد پردازش قرار داد و مكن است تنها تعدادي از حوادث معروف را انتخاب نمايند.علاوه بر اين ،مي توان با حداقل تجربه داده ها را تهيه و به شخص استفاده كنند انتقال داد.

در اواخر سال هاي 1960 همزمان با ظهور كامپيوترهاي سريع و كوچك ،استفاده از رادار نيز توسعه يافت.ممكن است در شرايط عادي داده هاي رادار تنها متعلق به اطلاعاتي در مورد بارندگي باشد.باشد.بنابراين در اغلب موارد نياز به دقت در داده ها و اصلاح اين ميانگين ها مي باشد .اين كار هميشه بطور مداوم صورت مي گيرد .وليكن برخي از كشورها ثابت كردند كه داده هاي ارائه شده از رادار تاحدودي براي هشدار دادن سيل و براي مديريت كلي آب مناسب مي باشد.تركيب داده ها با استفاده از چند رادار،علاوه بر شكل مركب داده هاي تركيبي رادار،داده هايي كه با استفاده از ماهواره ها بدست مي آيند و داده هايي كه بيشتر از ابزار و ادوات ويژه هواشناسي بدست مي آيند تماما مورد بررسي و پيگيري قرار مي گيرند.

از چندين ساعت قبل ميزان بارندگي پيش بيني مي شود و داده ها و اطلاعات رادار ها از طريق صفحه تلويزيون و كامپيوترها براي پردازش بيشتر مدل هاي هواشناسي و هيدرولوژي(آبشناسي) مورد استفاده قرار مي گيرد و با توجه به ديجيتال بودن سيستم ها مي توان از داده ها براي بدست آوردن ميزان بارش نواحي مختلف بهره برد.بنابراين مي توان اين ارقام و اطلاعات را به آ‎ساني تا مسافت هاي زيادي براي نمايش دادن به كاربر ارسال كرد و ميزان زيادي از كارهاي باقي مانده داد.

معيارهاي رايج در نصب و راه انداري رادار در سال 1981 فرض بر اين بود كه رادارهاي هوايي كه در بخش هاي سراسر جهان مورد استفاده قرار مي گرفت بين 600 تا 650 رادار بوده است در اينجا در مورد تعدادي از باند- C ( cm 5 ) و باند X (cm 3 ) كه احتمالا هر كدام كمي بيش از 200 بوده،باند S (cm 10 تا حدودي كمتر از 200 است و مابقي طول موج رادارها در حدود 60 است كه تعدادي از باند-X / باند-S و برخي از باند-K (cm 0.86 )/باند X را شامل مي شود.طول موجي كه براي رادارها معمولا استفاده مي شود توسط USSR يا برخي از كشورهاي همجوار مورد استفاده قرار مي گيرد.در حدود 200 سيستم رادار ايجاد شده است كه برخي از آنها ارقام را مورد پردازش قرار مي دهند و بطور معمول PPI / RHI را نمايش مي دهند و بطور خودكار كمتر از 60 پردارش را در سيستم انجام داده و داده ها را ارائه مي نمايند،البته اين اعداد به سرعت افزايش مي يابند.

دانشمندان هواشناسي توانستند با مشاهده اين پديده ها و ارتفاع و شدت ابرهاي طوفان زا و داراي بارندگي را بر روي نقشه مشخص كنند و حتي رشد نمو و تغييرات آنها را مطالعه نمايند. گفتيم در رادارهاي هواشناسي صفحات مختلفي بكار مي رود كه رايج ترين اين صفحات PPI مي باشد.علت استفاده از PPI در هواشناسي اين است كه تنها چنين راداري مي تواند طوفانها و بارندگيها را مشخص و جهت آنرا تعيين سازد.

با آگاهي از امكانات رادارهاي هواشناسي ، پروژه رادار هواشناسي در كشور تصميم به راه اندازي اين سيستم پيشرفته در كشور دارد.

رادارهاي هواشناسي(1)

مقدمه

در سه قرن گذشته ، شاهد حكمفرمايي نوعي از تكنولوژي بوده‌ايم . قـرن 18 ، زمان انقلاب صنعتي در سيستم‌هاي مكانيكي ، قرن 19 ، زمان موتورهاي بخار بود و در قرن 20 ، تكنولوژي جمع‌آوري اطلاعات ، پردازش نمودن و توزيع آنها ميباشد . از ميان پيشرفتهاي مختلف ، ما شاهد رشد بي‌سابقه صنعت رادار وكامپيوتر مي باشيم . اصطلاح رادار برگرفته از حروف اول كلمات   Radio Detection And Ranging مي باشد زيرا رادار درا بتدا وسيله اي براي هشدار نزديك شدن هواپيماي دشمن بكار ميرفت و ضد هوايي را درجهت مورد نظر مي گرداند . رادار هواشناسی يكي از ابـــــزارهاي مهم اندازه گيري پـارامترهاي هواشنــاسي است كه با ارسال امواج الكترومغناطيس و دريافت بازتــاب آن فضــاي تحت پوشش را ميشكافد وبا تجزيه و تحليل بازتاب آن ، اطلاعات جوي را بدست مي آورد واز مزیت های آن پيوستگي زماني و مكاني انــدازه گيريهاي آن است كه به عنوان داده هــاي تكميلي در پيش بيني دقيقتر مكان و زمان و قوع پديده هاي جوي به حساب مي آيد .

تاریخچه 

 در طول جنگ جهـاني دوم کاربرهای رادارهاي نظـــامي از اختلال در انعكاس امواج رادار ، بسبب پديده هاي جوي نظير باران ، برف و ...  پي بردند . با اتمام جنگ در سال 1945 پژوهش در زمينه مطالعه الگوي انعكاس موج رادار از پديده هاي جوي نظير باران هاي نشأت گرفته ازابرهاي استراتوس و ابرهاي همرفت  ادامه يافت و نيز آزمايشات براي تخمين پتانسيل طول موجهاي متفاوت از 1 تا10 سانتي مترانجام شد . David Atlas اولين رادار هواشناسي را در ايالت متحده راه اندازي نمود ، J.Marshall  وR.H.Douglas  دركانادا در زمينه توزيع اندازه قطرات در عرضهاي مياني مطالعه نمودند كه منجر به كشف رابطه Z-R گرديد ، اين رابطه بيانگر بازتاب رادار از سرعت آب در حال سقوط به سمت زمين است . استفاده از رادار هواشناسي براي اولين بار در سال 1950 آغاز گرديد . در سال 1953 يك مهندس برق بنام Donald Staggs اولين ديده باني رادار را ثبت نمود. بين سالهاي 1950 تا 1980 رادارهايي ساخته شدند كه اندازه و شدت بارندگي را محاسبه مينمودند . در طول سال 1970 رادارها بصورت شبكه هاي استاندارد ، سازمان يافتند . بين سالهاي 1980 تا 2000 شبكه هاي رادار هواشناسي در آمريكاي شمالي ، اروپا ، ژاپن و ديگر كشورهاي در حال توسعه با شيوه اي یکپارچه ، شروع بكار نمودند . رادارهاي مرسوم جاي خود را به رادارهاي داپلري دادند كه علاوه بر موقعيت و شدت پديده ها ، سرعت نسبي اين پديده ها را نيز محاسبه مي نمايد . در سال 1988 شبكه اي شامل رادارهايي با طول موج  10 سانتيمتر موسوم به NEXRAD يا WSR-88D Weather Service Radar 1988)) شروع بكار نمودند . در سال 2000 پژوهش در زمينه " فن آوري پلاريزاسون دوگانه" انجام شد. فن آوري پلاريزاسيون دوگانه بمعناي پلاريزه شدن عمودي و افقي تابش مايكروويو است .