|
|
Millimeter bewolking radar |
|
|
| Een millimeterwolkradar is een verticaal gerichte weerradar die extreem hoge frequenties gebruikt, in het bereik van 30 tot 100 GHz, om passerende wolken op het zenit te onderzoeken voor een grondradar, of daaronder in het geval van een geïntegreerde radar. naar een satelliet. Het maakt het mogelijk om de macrofysische eigenschappen van wolken, zoals hun hoogte en dikte, te bepalen met een resolutie in de orde van enkele tientallen meters met een snelheid van één tot tien seconden. |
| |
De verkregen gegevens kunnen worden gecombineerd om de microfysische eigenschappen van deze wolken te schatten, zoals het gehalte aan ijskristallen en vloeibaar water, evenals de verticale bewegingen die daarin optreden. De beoogde toepassingen van deze grondradars zijn onder
meer het gebruik voor kalibratie en evaluatie van vergelijkbare gegevens van sensoren die op weersatellieten zijn gemonteerd, het volgen van luchtvaartwolken en weersvoorspellingen. |
|
|
(a) The MMCR with its 10-ft antenna at the ARM SGP site; the KAZR has a similar external design to the MMCR;
(b) the WACR; and (c) the Ka/W-SACR. |
|
Het gebruik van millimeterradars om wolken te monitoren is niet nieuw. De Amerikaanse luchtmacht ontwikkelde voor haar vliegbases
35 GHz-radars aan het eind van de jaren 60 en begin jaren 70. Deze verticaal gerichte radars waren niet uitgerust met Doppler of dubbel polarisatie-effect, maar ze hadden een goede reflectiegevoeligheid en maakten het mogelijk om beschrijf de structuur van wolken. Helaas hadden ze terugkerende operationele problemen, waaronder frequente storingen van hun magnetronzenders, en ze werden uiteindelijk in de jaren zeventig niet meer gebruikt. |
| |
De positieve resultaten leidden echter in de jaren tachtig tot ontwikkelingen in de richting van millimetergolfradars door enkele onderzoeksgroepen.
De vooruitgang nam in de jaren negentig toe als reactie op een dringende internationale vraag naar een beter begrip van de belangrijke rol van
wolken bij klimaatverandering, wat samenviel met grote vooruitgang in radartechniek op millimetergolflengten. |
| Huidige netwerken |
| In 2015 zijn er verschillende netwerken van dergelijke radars. De National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) ontwierp de ARM Cloud millimeter verticale radar en installeerde deze op verschillende locaties van het Atmospheric Radiation Program van het United States Department of Energy. Radars zijn continu actief op locaties in Oklahoma, Alaska en de westelijke Stille Oceaan. Ze zijn ontworpen om minimaal tien jaar automatisch te werken, met minimaal toezicht, op een frequentie van 35 en 94 GHz. |
| |
| Sinds het einde van de jaren 2000 is er een commerciële wolkenweerradar op de markt die werkt op 35,5 GHz en is ontworpen door METEK GmbH in samenwerking met het Instituut voor Radioastronomie van Oekraïne. Er zijn monitoringsystemen op verschillende locaties die ze gebruiken, de meeste in Europa. Cloudnet is zo'n netwerk voor de continue beoordeling van wolken- en aerosolprofielen om gegevens in numerieke weersvoorspellingsmodellen in te voeren. Buiten deze netwerken gebruiken sommige zoeksites deze technologie. Zo staan er bij Chilbolton Observatory (VK) twee radars met golflengten van 3,2 en 9 m voor de studie van insectenmigratie, terwijl in Cabauw (Nederland) nog een van 35 GHz werkt. |
|
|
 |
| Verschillende cloudradarsites en -netwerkerk |
|
|
 |
| Uitzicht vanaf CloudSat. |
|
Wolkendruppels hebben een diameter in de orde van 30 tot 100 micrometer. Om Rayleigh-verstrooiing toe te passen en om de echo's evenredig
te laten zijn aan hun intensiteit, moet de gebruikte golflengte ongeveer tien keer zo groot zijn als de diameter van de doelen. Daarom is een millimeterradar geschikt voor het peilen van wolken, terwijl een conventionele weerradar, die werkt op een centimetergolflengte en geschikt is voor neerslag, een te grote golflengte gebruikt. |
| |
Om de eigenschappen van wolken te meten, moet de radar verticaal worden gericht en zowel in reflectiviteit als in radiale snelheid door het
Doppler-effect en in dubbele polarisatie tasten. Wat inderdaad interessant is om op te merken in de wolk is zijn dikte, zijn basis en zijn top,
het water- en ijsgehalte evenals zijn variatie met hoogte, en tenslotte de verticale snelheid van de deeltjes. Het opstellen van cloudprofielen maakt het vervolgens mogelijk om het begrip van clouds te verbeteren. |
| |
| De meest voorkomende millimetergolfradars in atmosferisch onderzoek zijn die welke werken op frequenties tussen 35 GHz (λ= 8,7 mm, Ka-band) en 94 GHz (λ= 3,1 mm, W-band). Regendemping is erg groot en varieert omgekeerd evenredig met de golflengte, terwijl die in ijskristallen minimaal is. Het verzamelen van bruikbare gegevens in of door wolken met neerslag is daarom alleen mogelijk bij zeer lichte regen, motregen of sneeuw. Verticaal richten helpt het dempingspad relatief kort te houden en het kiezen van de golflengte helpt het probleem te minimaliseren. Het gebruik van de langere Ka-band is beter voor wolken die vloeibaar water bevatten en de minder verzwakkende W-band voor wolken die ijskristallen bevatten. |
| |
| W-bandradars hebben een kleinere antenne nodig, waardoor ze compacter en lichter zijn en ze gebruiken liever in de lucht of aan boord van satellieten zoals CloudSat. De antenne wordt dan naar het nadir gericht. Ka-bandradars worden vaker op de grond gebruikt en wijzen naar het zenit. Omdat het signaal sterk verzwakt is, mag het geluid in beide gevallen niet meer dan 30 kilometer dik zijn. |
|
| Millimeterradars hebben de complexiteit van de structuur van een grote verscheidenheid aan wolken onthuld. De aangrenzende afbeeldingen tonen meerdere wolkenlagen die overvliegen, waaronder stratus, dunne cirrus en diepe altocumuluswolken, naast neerslag in de vorm van motregen en regen. Elke afbeelding geeft andere informatie die helpt bij het bepalen van het type hydrometeoren en in vaste of vloeibare toestand van de wolken. |
 |
| Voorbeeld van een grafiek die de kenmerken van wolken laat zien. |
| |
| - Linksboven geeft het uitzicht reflectiviteit, geeft de intensiteit van echo's die uit wolken komen. |
- Rechtsboven toont het aanzicht de depolarisatieverhouding (LDR), wat een goede indicator is voor gemengde neerslag
(vloeistoffen en vaste stoffen); |
- Linksonder geeft de weergave de verticale snelheid van de doelen weer terwijl deze gekoppeld is aan de valsnelheid en de verticale luchtstroom
(stijgend of dalend). Een plotselinge verandering |
| - Rechtsonder toont de weergave de breedte van het snelheidsspectrum dat wordt geassocieerd met atmosferische turbulentie. |
|
| Andere soorten verticale radar |
|
| Een ander type verticaal gerichte radar is de windprofiler. Deze laatste werken op veel langere golflengten (33 cm tot 6 m, tussen UHF en VHF) en hun roeping is het meten van horizontale en verticale winden op een hoogte van minder dan 20 km boven zeeniveau door de bewegingen van lucht en neerslag te meten. Het is mogelijk om de beweging in de wolken te extraheren vanwege hun zeer fijne ruimtelijke en temporele resolutie, maar niet om ze te zien. Er zijn ook C- en S-bandradars (5 en 10 cm) voor de studie van neerslag die informatie kunnen geven over de bewegingen in de wolken. |
| Bronnen: Wikipedia-fr, Wikipedia-en |
|
|
|
|
|
|
