ОСОБЛИВОСТІ ТА ПЕРШИЙ ДОСВІД КАЛІБРУВАННЯ МЕТЕОРОЛОГІЧНИХ РАДІОЛОКАТОРІВ W-ДІАПАЗОНУ ЗА ДАНИМИ ЛАЗЕРНОГО ДІСДРОМЕТРА
DOI:
https://doi.org/10.18372/2310-5461.68.20736Ключові слова:
радіолокаційна система, метеорологічна радіолокація, міліметрові радари, калібрування, резонансне розсіяння, радіолокаційна відбиваність, розсіяння, обробка сигналівАнотація
Калібрування метеорологічних радарів залишається значною проблемою в радіолокаційній метеорології, коли йдеться про кількісні вимірювання. Хоча традиційні методи добре зарекомендували себе для радарів, що працюють на сантиметрових довжинах хвиль, поява хмарних радарів міліметрового діапазону, особливо на частотах W-діапазону створює унікальні проблеми для калібрування. Це пов’язано, перш за все, з відмінностями в розсіянні зондувального сигналу на гідрометеорах, коли довжина хвилі стає сумірною з діаметрами розсіювачів і замість простої релеївської моделі необхідно переходити на моделі резонансного розсіяння. Іншою суттєвою проблемою є сильне затухання міліметрових хвиль як в опадах, так і в газах атмосфери. Ця робота досліджує численні тонкощі хмарних радарів W-діапазону та оцінює життєздатні стратегії калібрування для забезпечення точних вимірювань. Акцент робиться на підході до калібрування з використанням даних дісдрометра про дощ, зокрема про розподіл крапель як за розмірами, так і за швидкостями падіння на рівні земної поверхні. Подібні підходи до калібрування очікуються для застосування в європейських хмарних радарах W-діапазону, що надають дані до ACTRIS – європейської дослідницької інфраструктури, яка займається спостереженням за малорозмірними атмосферними компонентами, такими як аерозолі, хмари та гази, а також вивченням їх взаємодії. В цій статті синхронні дані з мобільної метеостанції використовуються як додаткова інформація, необхідна для реалізації алгоритмів порівняння та об’єднання даних радарів та дісдрометрів. Ключові аспекти методології викладено та реалізовано в дослідницькому програмному засобі та продемонстровано. Цей програмний інструмент має потенціал для розширення для полегшення порівняння додаткових допплерівських моментів та спектрів з використанням вхідних даних дісдрометра та хмарного радара. Наведено ілюстративні приклади, що демонструють можливості програмного забезпечення для комплексного аналізу радіолокаційної відбиваності, допплерівських спектрів та інших метеорологічних параметрів, включаючи їх статистику, що таким чином покращує процес калібрування.
Посилання
D. Atlas, “Advances in radar meteorology,” in Advances in geophysics, Elsevier, vol. 10, January, 1964, pp. 317-478. doi.org/10.1016/S0065-2687(08)60009-6
R.J. Doviak and D.S. Zrnic, Doppler Radar and Weather Observations, Accademic Press, 1993.
F. J. Yanovsky, “Evolution and Prospects of Airborne Weather Radar Functionality and Technology," 2005 18th International Conference on Applied Electromagnetics and Communications, Dubrovnik, Croatia, 2005, pp. 1-4, doi: 10.1109/ICECOM.2005.204987.
F. J. Yanovsky, “Millimeter Wave Radar: Principles and Applications”, In: Millimeter Wave Technology in Wireless PAN, LAN, and MAN, Chapter 10, pp.305-376, CRC Press, 2008.
J. Yin, P. Hoogeboom, C. Unal, H. Russchenberg, F. Van Der Zwan, and E. Oudejans, “UAV-aided weather radar calibration,” IEEE Trans. GRS, 57(12), 2019, pp. 10362-10375. doi.org/10.1109/TGRS.2019.2933912
S. A. Baun, A. C. Bagtzoglou et al, “Progress Towards Developing a Radar Calibration Method for Improved Rainfall Estimation,” Ninth ASCE Biennial Conference on Engineering, Construction, and Operations in Challenging Environments, March 2004, pp. 290-298. DOI: 10.1061/40722(153)41
C. Merker, G. Peters, M. Clemens, K. Lengfeld, and F. Ament, “A novel approach for absolute radar calibration: formulation and theoretical validation,” Atmos. Meas. Tech., 8, 2015, pp. 2521–2530. doi.org/10.5194/amt-8-2521-2015
E. Gorgucci, G. Scarchilli, and V. Chandrasekar, “A Procedure to Calibrate Multiparameter Weather Radar Using Properties of the Rain Medium,” IEEE Trans. GRS, vol. 37, No. 1, Jan. 1999, pp. 269-277. DOI: 10.1109/36.739161
G. Scarchilli, E. Gorgucci, V. Chandrasekar, and A. Dobaie, “Selfconsistency of polarization diversity measurement of rainfall,” IEEE Trans. GRS, vol. 34, Jan. 1996, pp. 22–26. DOI: 10.1109/36.481887
I. Holleman, A. Huuskonen, and B. Taylor, “Solar Monitoring of the NEXRAD WSR-88D Network Using Operational Scan Data,” J. Atmos. and Oceanic Technology, Vol.39, Feb. 2022, pp. 193 – 205. doi.org/10.1175/JTECH-D-20-0204.1
Jeong-Eun Lee, Soohyun Kwon, and Sung-Hwa Jung, “Real-Time Calibration and Monitoring of Radar Reflectivity on Nationwide Dual-Polarization Weather Radar Network,” Remote Sensing, 2021, 13, 2936, 17 pp. doi.org/10.3390/rs13152936
N. Küchler, S. Kneifel et al, “A W-Band RadarRadiometer System for Accurate and Continuous Monitoring of Clouds and Precipitation,” J. Atmos. and Ocean. Tech, vol. 34, 2017, pp. 2375–2392. doi.org/10.1175/JTECH-D-17-0019.1
A. Tokay, D. B. Wolff, and W. A. Petersen, “Evaluation of the new version of the laser-optical disdrometer, OTT parsivel2,” J. Atmos. and Oceanic Tech, vol. 31, no. 6, 2014, pp. 1276–1288. doi.org/10.1175/JTECH-D-13-00174.1
OTT Parsivel² - Laser Weather Sensor, ott.com/products/ meteorological-sensors-26/ott-parsivel2-laser-weather-sensor-2392/productAction/outputAsPdf/
A. Myagkov, S. Kneifel, and T. Rose, “Evaluation of the reflectivity calibration of W-band radars based on observations in rain,” Atmospheric Measurement Tech, vol. 13, issue 11, 2020, pp. 5799–5825. doi.org/10.5194/amt-13-5799-2020
R. J. Hogan, D. Bouniol, D. N. Ladd, E. J. O’connor, and A. J. Illingworth, “Absolute calibration of 94/95-GHz radars using rain,” J. of Atmospheric and Oceanic Technology 20(4), 2003, pp.1-7.
doi.org/10.1175/1520-0426(2003)20<572:ACOGRU>2.0.CO;2
M. Mishchenko, “Calculation of the amplitude matrix for a nonspherical particle in a fixed orientation,” Applied Optics, vol. 39, No 6, 2000, pp. 1026–1031. doi.org/10.1364/AO.39.001026
H. J. Liebe, “MPM – An atmospheric millimeter-wave propagation model,” Int. J. of Infrared and Millimeter Waves, Volume 10, Issue 6, 1989, pp.631-650. DOI: 10.1007/BF01009565.
M. R. Kumjian and A. V. Ryzhkov, “The Impact of Evaporation on Polarimetric Characteristics of Rain: Theoretical Model and Practical Implications,” J. Applied Meteorology and Climatology 49(6), June 2010, pp. 1247-1267, DOI: 10.1175/2010JAMC2243.1.
R. M. Rasmussen and A. J. Heymsfield, “Melting and shedding of graupel and hail. Part I: Model physics,” J. Atmos. Sci., 44, 1987, pp. 2754–2763. doi.org/10.1175/1520-0469(1987)044<2754:MASOGA>2.0.CO;2
F. J. Yanovsky, A. A. Pitertsev, C. M. H. Unal and H. W. J. Russchenberg, "Data fusion and processing tool for comparing rain reflectivity estimations using 94 GHz radar and laser disdrometer," 2024 IEEE Int. Conf. on Microwaves, Communications, Antennas, Biomedical Engineering and Electronic Systems (COMCAS), Tel Aviv, Israel, 2024, pp. 1-6, doi: 10.1109/COMCAS58210.2024.10666246.
F. J. Yanovsky, H. W. J. Russchenberg, and C. M. H. Unal, “Retrieval of Information About Turbulence in Rain by Using Doppler-Polarimetric Radar,” IEEE Trans. MTT, Feb., Vol. 53, No 2, 2005, pp. 444 – 450. DOI: 10.1109/TMTT.2004.840772.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Науковий журнал дотримується принципів відкритого доступу (Open Access) та забезпечує вільний, негайний і постійний доступ до всіх опублікованих матеріалів без фінансових, технічних або юридичних обмежень для читачів.
Усі статті публікуються у відкритому доступі відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).
Авторські права
Автори, які публікують свої роботи в журналі:
-
зберігають за собою авторські права на свої публікації;
-
надають журналу право на перше опублікування статті;
-
погоджуються на поширення матеріалів за ліцензією CC BY 4.0;
-
мають право повторно використовувати, архівувати та поширювати свої роботи (у тому числі в інституційних та тематичних репозитаріях) за умови посилання на первинну публікацію в журналі.
