Лекция №13
В литературе для распознавания ливней и гроз предлагается использовать другой критерий .
,
где 
– высота верхней границы, 
- высота зоны максимальной отражаемости,
- высота нулевой изотермы.
В результате нулевой обработки, было
определенно, что с вероятностью менее
80% для ливней 
,
если 
- гроза, если 
- град.
Дальнейшее совершенствование критериев
грозоопасности проводилось с учетом
данных аэрологического зондирования.
При этом для принятия решения использовался
квадратичный дискриминантный анализ
на статистически главных компонентах.
В качестве главных компонентов были
выбраны максимальная высота облаков,
радиолокационная отражаемость на 3
уровне (+2, 2,5 км выше нулевой изотермы)
и высоты изотермы 
.
Для построения единой дискриминантной функции использовалось 8600 грозовых и 2400 ливневых радиоэха и данные на высоте изотермы в синхронные с радиолокационными наблюдениями сроки.
Общий вид графически:
Было установлено, что если 
,
а высота 
км, то с вероятностью более 80% будет
гроза; 
– ливень.
При анализе косвенных критериев при распознавании грозовых облаков было установлено, что надежность распознавания состояния от 72% до 83%. Ошибка распознавания от 18% до 23%. С увеличением расстояния до объекта увеличивается ошибка распознавания грозовых облаков. Вероятность распознавания падает.
Резервы повышения о достоверности гроз:
- Увеличение точности параметров радиоэха;
- Использование автоматизированных систем регистрации и обработки информации;
- Использование совместно с МРЛ грозопеленгатора;
- Уменьшение дискретности съема информации.
Факторы, ухудшающие вероятность распознавания гроз:
Асинхронность определения радиолокационных
характеристик (
,
,
,
).
Уменьшение вероятности распознавания
гроз связано с большой изменчивостью
характеристик радиоэха.
Изменчивость радиолокации за 15-минутный интервал составляет около 20% случаев, при этом величина может измениться с высотой на 1,2. Изменчивость высоты в 42% случаев превышаем 2 км, поэтому наряду с косвенными методами оценки грозовых процессов в облаках используются прямые методы с помощью РЛС ДМ и М диапазона.
Радиолокационные критерии града.
Существует несколько методов обнаружения града в облаках.
Первый метод. Однозначные критерии
града – они основаны на измерении высоты
и отражаемости ядра радиоэха конвективных
облаков. Град на Земле регистрируется
тогда, когда отражаемость ядра 
ДБZ, а высота верхней
границы превышает уровень нулевой
изотермы на 1,4 км
=
.
При наличии отражаемости в ядре 
ДБZ
наличие града не будет зависеть от
высоты радиоэха. Однозначным критерием
града в РКО (радиоконвективном облаке)
является наличие отражаемости в любой
части облака, когда 
.
Для РКО, которое имеет высоту верхней
границы 
км, однозначным критерием града является
и 
.
При высоте
км, при 
,
которая превышает пороговое значение
(зависит от географических условий).
Северный Кавказ 
,
то в Cb – град. Средняя
Азия 
,
Среднеевропейская территория и Украина
.
При наличии отражаемости на высотах
,
и 
при 
также наблюдается град.
Вероятностный метод оценки града.
Установлено, что град выпадает с высот
8-10 км, при этом температура верхней
границы от 
до 
.
Для реализации вероятностного метода
используются данные трех параметров:
максимальная радиолокационная
отражаемость, температура верхней
границы радиоэха, температура верхней
кромки зоны максимальной отражаемости.
Вероятность града рассчитывается по следующей формуле:
и 
условные плотности распределения
параметров дзю в негрозовом и грозовом
облаках.
Если 
,
то облако считается грозовым, надежность
метода 95-98%.
Момент перехода кучево-дождевого облака
в грозовое определяется моментом
перехода верхней кромки зоны повешенной
отражаемости через высоту уровня изотерм
от 
до 
.
Двухволновой метод определения града.
Увеличение размеров гидрометеоров увеличивает отражаемость таким образом, что отношение отражаемости двух разных длинах волн (3,2 и 10 см) для мелких частиц – это отношение постоянно и равно около 100. При появлении крупных частиц града отношение отражаемости резко уменьшается в 10-100 раз.
Когда появляются крупные частицы, то мы уже расчет отражаемости проводи не по формуле Релея, а используя формулы Ми.
Если 
см, то
,
где
– средний кубический диаметр спектра
градин при
– распределении.
Величина 
- не зависит от интенсивности осадков
и может быть использована как индикатор
града.
Турбулентность.
Метод оценки турбулентности осуществляется при взлете и посадке и полете на эшелоне летного аппарата. Для оценки турбулентности используют ширину доплеровского спектра скоростей отраженного сигнала, при вычитании вклада градиента среднего ветра в пределах импульсного объема.
Аналогичный подход к решению данной проблемы, предусматривающий оценку ширины спектра, огибаний отраженного сигнала, предложен и к некогерентным МРЛ.
Смерч, торнадо.
Размеры смерча меньше размера радиолокационного объема, и отражаемость смерча сравнительно невелика. Поэтому непосредственное обнаружение смерча затруднительно, даже с помощью доплеровского МРЛ.
Однако, можно идентифицировать предшествующую смерчу в Cb область мезоциклона с повышенной скоростью циркуляции воздуха, размеры которой превышают размеры смерча и составляют от 2 до 13 км. С помощью некогерентных МРЛ можно обнаружить смерч в сравнительно редких случаях, когда радиоэхо Cb сопровождается характерным крючкообразным отростком.
Доплеровские РЛС дают возможность предсказать разрушающие смерчи за 20-22 минуты до их возникновения, а обычно средство метеообеспечения за 1,5 минуты.
Критерии опасности явлений для поляризационных МРЛ.
(Две плоскости: вертикальная и
горизонтальная, излучаемая и отражаемая
дифракционная отражаемость – отношение
отражаемости в горизонтальной плоскости
к отражаемости в вертикальной плоскости
).
Применение радиолокаторов с двойной поляризацией (вертикальной, горизонтальной) в оперативной работе началось сравнительно недавно. Эти локаторы внедряются в первую очередь в тех регионах, где ожидается значительный выигрыш от применения 2-ой поляризации с точки зрения распознавания опасных явлений. При совместном измерении и можно четко идентифицировать зоны града, где большим значениям соответствуют близкие к нулю или отрицательные значения .
В интенсивных моросящих осадках большое значение сопровождается большими положительными значениями . В ряде работ дается вывод о том, что величина дифференциальной отражаемости может быть использована для определения нисходящих и восходящих потоков в облаках и осадках. При этом восходящие потоки, выносящие крупные гидрометеоры в виде переохлажденных жидких капель выше нулевой изотеры характеризуется положительными значениями . А нисходящие потоки, содержащие твердые гидрометеоры ниже нулевой изотермы могут быть связаны с близкими к нулю или отрицательными значениями .
В первом случае переохлажденные капли могут служить источником опасного обледенения самолета, а во втором случае интенсивные нисходящие потоки создают угрозу возникновения микрошквалов вблизи поверхности Земли.
Лекция №14
Исследование грозовых процессов РЛС метрового и дециметрового диапазона
Эффективность обнаружения грозовых облаков зависит от длины волны РЛС. В СМ и ДМ диапазонах маскирующее влияние оказывает радиоэхо облаков. Не существует специальных РЛС для обнаружения молний. Используются для обнаружения молний станции ДМ и М диапазона (П35 (10 см), МЕТЕОРИТ-2 (12 см), П12, П18 (100 см)).
Р
ассмотрим
грозовую облачность как маскирующую
цель. Была установлена зависимость
радиолокационной отражаемости (
)
от расстояния. Т.е. мы можем оценить
радиус обнаружения грозовых облаков в
зависимости от минимальной величины.
Как видно из рисунка, РЛС П12 способна
обнаружить зоны облачности с отражаемостью
,
что соответствует интенсивности
выпадаемых осадков
.
Если возьмем I канал МРЛ-5
(3,2 см), то эта РЛС может обнаружить
облачность с отражаемостью 
.
Поэтому РЛС метрового диапазона менее эффективно может обнаружить облака, однако, более эффективно такие станции могут обнаружить разряды молний.
Менее эффективно можно использовать РЛС для диапазона от 10 до 17 см, т.к. при обнаружении молний время существования радиоэхо молний составляет десятки миллисекунд и при частоте следования 600 Гц можно принять не более 6 эхосигналов от канала молнии, что является порогом их обнаружения. Поэтому для обнаружения молний используют РЛС метрового диапазона, на длинах волн 100, 200, 300 см.