معرفی رادارهای هواشناسی و محصولات آن

چكيده:

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.

مقدمه:

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.

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.

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