4. РАДІОЛОКАЦІЙНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ АТМОСФЕРНИХ

УТВОРЕНЬ

4.1. Організація і проведення радіолокаційних спостережень

хмар і небезпечних явищ погоди.

Одним з важливих заходів в організації радіолокаційних спостережень є вибір місця установки РЛС. Основна вимога, яку повинно задовольняти місце установки, - це добрий огляд в усіх напрямках. Радіолокатор по можливості повинен бути встановлений на високому місці так, щоб місцеві предмети, розташовані навколо, були нижче антени РЛС. Враховуючи те, що РЛС може бути використана і для виміру висот хмар, на аеродромі її необхідно розміщати недалеко від приводних радіостанцій. У цьому випадку вимірювані висоти нижньої межі хмар будуть найбільш показовими для екіпажів літаків, які пробивають хмари при посадці.

Установлена на місцевості РЛС повинна бути відгоризонтована по рівнях, розташованих на антені, і орієнтована по сторонах світу. Орієнтування проводиться по луно-сигналах окремих місцевих предметів на ІКО, дійсний азимут яких щодо місця установки РЛС відомий. Для забезпечення більшої точності орієнтування обрані місцеві предмети повинні розташовуватися не ближче ніж у 3-5 км від РЛС. Для точного напрямку антени на обраний місцевий предмет використовується оптичний візир, установлюваний на антені так, щоб його оптична вісь була паралельна електричній осі антени.

З метою запобігання помилок у визначенні азимутів і вертикальних кутів варто періодично проводити контрольну перевірку установки РЛС по горизонталі і її орієнтування по сторонах світу.

Для забезпечення зазначених вище максимальних дальностей виявлення великих злив і гроз, найменших похибок при вимірі висот хмар, нагромадження порівнянного фактичного матеріалу перед кожною серією спостережень необхідно проводити контрольні виміри потужності, яка випромінюється передавачем, і чутливості приймача.

Після установки і перевірки РЛС необхідно вивчити на екрані ІКО зображення місцевих предметів. Для цього проводять спостереження в ясну або малохмарну погоду і фотографують зображення цих предметів на екранах відмітників. Отримані фотознімки дають можливість відрізняти зображення хмар і опадів від зображень місцевих предметів.

Спостереження за грозовими і зливовими осередками і зонами опадів проводяться спочатку при роботі РЛС у режимі кругового огляду. При цьому з метою забезпечення найбільшої дальності виявлення зазначених атмосферних утворень кут місця антени варто плавно змінювати від 0 до 5° після кожного її обороту навколо вертикальної осі. Масштаб на ІКО варто установити максимальний, наприклад 0-300 км, яскравість лінії розгорнення і посилення регулювати до одержання найбільш ясного і чіткого зображення метеорологічних цілей.

У тих випадках, коли метеорологічні цілі спостерігаються на відстанях менше ніж 300 км, необхідно встановлювати масштаб відповідно до віддалення цілі. Наприклад, якщо віддалення не перевищує 100 км, використовують масштаб 0-50 або 0-100 км.

При виявленні метеорологічних цілей необхідно насамперед визначити їхній характер, тобто класифікувати на грозові осередки, зливові або зони опадів. Таку класифікацію можна зробити на підставі особливостей луно-сигналів метеорологічних цілей. Особливостями луно-сигналів злив і гроз є:

- осередкова структура загальної карти радіолуни на ІКО з поперечними розмірами окремих осередків найчастіше в кілька кілометрів;

2. - велика вертикальна довжина радіолуни – від 3-4 км і вище;

3. - велика потужність луно-сигналів і висока яскравість оцінок на ІКО;

- сильна часова і просторова мінливість радіолуни;

- великі дальності виявлення.

Характерними рисами луно-сигналів зон опадів є:

- великі площі, більш-менш однорідна картина радіолуни на ІКО;

2. - відносно невелика вертикальна довжина радіолуни, найчастіше менше 3-5 км;

3. - відносно менша потужність луно-сигналів на індикаторі типу А та яскравість світіння відміток на ІКО;

4. - наявність добре вираженого шару танення сніжинок у вигляді яскравої смуги на індикаторі висота – дальність;

5. - відносно невелика часова і просторова мінливість.

Вертикальна довжина луно-сигналів зон опадів може бути отримана на індикаторі висота – дальність. Для цього антену встановлюють нерухомо по певному азимуту, що проходить через центральні райони грозових, зливових осередків або зон опадів, а потім змінюють кут нахилу антени від 0 до і, навпаки, від 90 до .

Отримана картина радіолуни у вертикальній площині дає можливість за допомогою масштабних міток визначити вертикальну довжину опадів. Вертикальна довжина і висота верхньої межі опадів на відстанях, що не перевищують 80-100 км, може бути отримана й іншим способом.

У цьому випадку, направивши антену на метеорологічну ціль, можна повільно збільшувати її кут місця до моменту зникнення радіолуни на ІКО. Висота вершини радіолуни і її вертикальна довжина визначаються множенням віддалення радіолуни на синус вертикального кута, при якому зображення цілі зникло.

На даний час немає досить надійних і простих методів, що дозволяють безпосередньо на індикаторах РЛС відрізняти зображення грозових осередків від зливових, тому що є труднощі в одержанні зображень блискавки. Внаслідок цього приходиться використовувати непрямі ознаки, встановлені Є. М. Сальманом, Н. Ф. Котовим, В.М. Мучником та ін. Такими ознаками є:

- велика потужність прийнятого луно-сигналу, що перевищує 10 ^{– 9} – 10 ^–10 Вт;

- велика вертикальна довжина радіолуни, коли її верхня межа перевищує висоту ізотерми – 22 ^о С;

- дальності виявлення понад 100-150 км.

Наявність однієї із зазначених ознак є достатньою для того, щоб джерелом радіолуни вважати грозу.

Місце розташування грозових і зливових осередків і зон опадів, та їхні розміри в горизонтальній площині характеризуються азимутами і віддаленнями від станції країв областей (лівого, правого, ближнього, далекого).

У тих випадках, коли геометричні розміри атмосферного утворення менше 5-10 км у радіальному чи тангенціальному напрямку, визначається тільки азимут віддалення центру його тяжіння, а положення країв не визначається.

Швидкість і напрямок руху осередків злив, гроз і зон опадів визначаються за результатами двох або більше спостережень на ІКО, проведених з інтервалом часу в середньому не менше 10-15 хв.

Швидкість і напрямок руху визначаються графічно за допомогою спеціального планшета. При цьому використовується переміщення центру тяжіння зображення. З метою запобігання значних помилок у визначенні швидкості і напрямку руху для повторного спостереження варто вибирати ту ділянку радіолокаційного зображення метеорологічної цілі, де не відбувається істотних змін форми за проміжок часу між спостереженнями.

Варто мати на увазі труднощі, які іноді зустрічаються у визначенні швидкості і напрямку руху метеорологічних цілей. Наприклад, якщо зливовий, грозовий осередок або зони опадів розпалися протягом інтервалу часу спостережень, а поблизу виникло нове атмосферне утворення, то оператор може взяти його за первісну ціль, що перемістилася, і визначити тим самим помилковий її зсув. Щоб уникнути таких помилок, спостереження на ІКО повинні проводитися безперервно.

При визначенні швидкості і напрямку руху атмосферних утворень доцільно використовувати планшет АМП, що застосовується при обробці вітрових спостережень. Зображення зазначених утворень наноситься на целулоїдний диск планшета по відомих азимутах і віддаленнях характерних точок радіолуни (лівої, правої, ближньої, далекої). При цьому на планшеті використовується наступний масштаб дальності: якщо відстань менше 100 км, використовується масштаб: 5 клітинок сітки планшета дорівнює 5 км; у випадку коли відстань до метеорологічної цілі перевищує 100 км, використовується масштаб: 5 клітинок сітки дорівнює 10 км. Через отримані чотири точки проводиться плавна замкнута крива і відзначається центр тяжіння. Аналогічно відзначається центр тяжіння радіолуни через проміжки часу, не менший ніж 10-15 хв. Потім для визначення швидкості і напрямку руху необхідно:

- з'єднати центр тяжіння прямою лінією, поставивши стрілку, що вказує напрямок руху;

- повернути рухомий диск так, щоб лінія, що з'єднує центри тяжіння, збіглася з однією з вертикальних ліній сітки планшета, а стрілка була спрямована вверх;

- відрахувати азимут напрямку руху метеорологічної цілі по поділці шкали азимутів диска, що збігає з відміткою 0 ^о шкали азимутів планшету;

- визначити довжину шляху, пройденого центром тяжіння між спостереженнями;

• визначити швидкість руху за формулою

, (4.1)

де - швидкість (км/год),

L - шлях, пройдений центром тяжіння (км),

- інтервал часу (хв).

Тенденція розвитку визначається за сукупністю декількох факторів, головними з яких є часовий хід потужності відбитих сигналів на індикаторі типу А і геометричних розмірів зображень радіолуни на індикаторах кругового огляду і висота – дальність. Вважають, що метеорологічна ціль розвивається, якщо одночасно збільшуються її геометричні розміри і потужність луно-сигналу з часом. Вона вважається ослаблою, коли спостерігається зменшення геометричних розмірів і потужності луно-сигналу. Нарешті, при відсутності часової мінливості зазначених характеристик радіолуни вважається, що вираженої тенденції розвитку немає. Наближене визначення інтенсивності випадаючих опадів по потужності прийнятого луно-сигналу, вимірюваного за допомогою відповідних приладів, проводиться графічно. З цією метою використовується номограма, розрахована за формулою

. (4.2)

і представлена на рис.4.1.

По відомому віддаленню метеорологічної цілі від РЛС знаходять точку на горизонтальній осі дальності. Від цієї точки піднімаються вертикально вверх до перетину з лінією, що відповідає потужності прийнятого луно-сигналу у ватах. На вертикальній осі відраховують шукане значення інтенсивності опадів (мм/год). Варто мати на увазі, що найбільш надійні дані виходять для ближніх до РЛС областей атмосферних утворень і при відсутності на трасі інших опадів, що екранують.

Нерідко в межах дальності дії станції існує значна кількість злив і гроз, зображення яких безладно розподілені на ІКО. У цьому випадку не слід прагнути до передачі всіх відомостей, отриманих з радіолокаційних спостережень. Необхідно в першу чергу передавати дані про найбільш інтенсивні явища, що знаходяться в безпосередній близькості від пунктів базування, маршрутів польотів або переміщаються до них.

При використанні РЛС для виявлення хмар і опадів варто відрізняти їх зображення на ІКО від зображень штучних цілей-відбивачів, що скидаються з літака для створення перешкод. Однією з відмітних ознак зображення штучних цілей є їхня форма у вигляді тонких яскравих смуг.

Передача відомостей про результати радіолокаційних спостережень за метеорологічними цілями робиться черговим метеорологом за наступною схемою коду штормового оповіщення КМА-22.

Схема коду (КМА-22) для складання штормооповіщення має вигляд:

12345 999

В_а М О_Z a a a f f .

Значення буквених і цифрових символів коду:

Група 1

12345 – відмітна група, яка вказує, що далі в телеграмі повідомляються результати радіолокаційних спостережень за метеорологічними явищами.

R, км 1 2 3 4

3

2 5

6

10 ²

8

6

4

2

10 ¹

4 6 8 10 ² 2 4 6 8 10 ³ 4 6 8 10 ⁴

I, мм/год

10 ^{- 1}

8

6

4

2

10 ⁰

1 0² 8

6

4

2

10 ¹

2 4 6 8 10 ² 2 4 6 8 10 ³ 2 4 6 8 10 ⁴

Z, мм ⁶ /м ³

10 ⁴ 10 ⁵

Рис.4.1 Залежність інтенсивності опадів від середньої потужності луно-сигналів і відстані: 1 – n = 0; 2 – n = 2; 3 - n = 4; 4 - n = 6; 5 – n = 8; 6 - n = 10

Група 2

- індекс (координати) пункту спостереження.

- широта.

- довгота (до значень західної довготи додається 500).

Група 3

YY - число місяця.

nn - номер телеграми (для кожного дня місяця номер телеграми

відновляється).

- кількість зон відбиття, про які повідомляють зведення.

Група 4

G_M G_M - час спостереження в годинах за московським декретним

рахунком часу.

gg - хвилини.

і - повнота закодованих даних кодується за шкалою: 1 – передаються всі дані спостережень; 2 – передаються дані про найбільш інтенсивні явища; 3 – передаються дані тільки про явища, що наближаються до пункту спостережень.

Група 5

999 - відмітна група про зону відбиття за номером.

NN - номер зони відбиття (зберігається протягом доби).

Група 6

- азимут першої крайньої точки зони відбиття (овалу) у

градусах.

- відстань першої точки від РЛС у км.

Група 7

- азимут другої крайньої точки овалу.

- відстань другої точки від РЛС у км.

Група 8

- ширина зони опадів (овалу) по перпендикуляру, проведеному

посередині, до лінії, що з'єднує вершини овалу, у км.

В_а - інтенсивність зони відбиття кодується за шкалою: 4 – сильна,

5 – середня, 6 – слабка.

М - тенденція розвитку: 7 – розвивається, 8 – розвитку нема,

9 – слабшає.

О_Z - заповнення овалу осередками відбиття: 1 – суцільна зона,

2 – середнє заповнення (відстань між осередками менше їхніх

розмірів), 3 – слабке (відстань між осередками більше їхніх

розмірів).