Двухволновой метод для определения града

Метод базируется на различие частотной зависимости рассеивания радиоволн гидрометеорами разных размеров. Он создан в результате теоретических исследований рассеивания радиоволн СМ-диапазона.

Моделирование спектра гидрометеоров (капли, град, крупа, снег) и экспериментальные многоволновые радиолокационные исследования конвективных облаков позволили уточнить ряд положений.

Принцип двухволнового метода основан на радиолокационных измерениях размеров гидрометеоров и разделения облачных объемов на градовые и не градовые облака по их микроструктуре.

По микроструктуре капли дождя не превышают 0,2 – 0,4 см в диаметре; снег, хотя и имеет размеры 0,6 – 0,7 см, легко отличим от града, т.к. он имеет отражаемость на 2-3 порядка меньше, чем град. Кроме того, снег выпадает из слоисто-дождевых облаков с плоской вершиной и максимальной радиолокационной отражаемостью, находящейся в районе нулевой изотермы. При этом, на индикаторе «дальность-высота» наблюдается горизонтальная линия максимальной отражаемости, где сосредоточены обводненные снежинки и капли.

В конвективных облаках размеры гидрометеоров могут наблюдаться больше 0,8 – 1 см. Эти объемы считаются градоопасными.

Определение размеров, концентрации частиц, водности облаков и интенсивности осадков по радиолокационным характеристикам является обратной задаче теории рассеяния. Эта задача решается при условии сферичности капель, однократного рассеивания и условия некогерентности рассеивания.

При этих допущениях функция распределения спектра частиц осадков может быть представлена в виде диаграммы повторяемости частиц одинакового размера:

(1),

где - число частиц в единице объема (м³), - число частиц с диаметром .

В радиометеорологии рассматриваются спектры частиц осадков осредненных по значительному объему пространства.

Объем зондирующего импульса . Аналитическая зависимость называется функцией распределения частиц по диаметру. Для аналитического описания спектра частиц по осадкам получен ряд формул, которые описывают функции распределения частиц по размерам (нормальное, нормальное логарифмическое, экспоненциальное, обратностепенное).

Наиболее обобщенной функцией используется функция Г-распределения, которая описывает подавляющее большинство спектров частиц осадков в виде града, дождя, снега и удовлетворительно описывается частным случаем Г-распределения:

(2),

где – гамма-функция индекса , -диаметр спектра частиц, – среднекубический диаметр спектра частиц, - параметр формы кривой распределения, (3).

В градовых осадках наблюдается несимметричное распределение частиц по размерам, описываемое выражением (2). При этом индекс варьируется в пределах 0 – 10 с наиболее частой повторяемостью значения .

При концентрации числа градовых частиц в пределах 0,1 – 100 в единице объема среднее значение градин составляет в м³.

Для этих условий среднекубический диаметр градин меняется от 0,1 до 4 см.

Была найдена статистическая связь между среднекубическим диаметром и максимальным диаметром градин :