RU2561008C1 - Single-wave radar method to measure size of hail particles in clouds in area of their growth - Google Patents
Single-wave radar method to measure size of hail particles in clouds in area of their growth Download PDFInfo
- Publication number
- RU2561008C1 RU2561008C1 RU2014109826/28A RU2014109826A RU2561008C1 RU 2561008 C1 RU2561008 C1 RU 2561008C1 RU 2014109826/28 A RU2014109826/28 A RU 2014109826/28A RU 2014109826 A RU2014109826 A RU 2014109826A RU 2561008 C1 RU2561008 C1 RU 2561008C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cloud
- maximum
- radar
- size
- hail
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиолокационной метеорологии и может быть использовано для определения размера градовых частиц с использованием одноволнового метеорадиолокатора.The invention relates to the field of radar meteorology and can be used to determine the size of hail particles using a single-wave weather radar.
Известны различные способы определения размера градовых частиц методом прямого инструментального измерения градин после падения их на землю, либо методом измерения реплик, оставляемых градинами на поверхности специальных градовых подушек, называемых иначе наземными градовыми индикаторами (Тлисов М.И., Хучунаев Б.М. Исследование физических характеристик градобитий при помощи наземных индикаторов. - Труды ВГИ, 1986, вып.69, с.81-86).There are various methods for determining the size of hail particles by direct instrumental measurement of hail after falling onto the ground, or by measuring the replicas left by hail on the surface of special hail pillows, otherwise called ground hail indicators (Tlisov M.I., Khuchunaev B.M. characteristics of hailings using ground-based indicators. - Proceedings of the VGI, 1986, issue 69, pp. 81-86).
Наземные градовые индикаторы представляют собой пенополистироловую пластину, покрытую тонкой алюминиевой фольгой толщиной 100 мкм. Град, падая на поверхность индикатора, оставляет отпечатки (реплики), по которым определяют размеры градовых частиц.Ground level indicators are a polystyrene foam plate coated with a thin aluminum foil 100 microns thick. Hail falling on the surface of the indicator leaves prints (cues), which determine the size of hail particles.
К существенным недостаткам известного способа можно отнести необходимость калибровки индикаторов, которая производится с помощью стальных, пластиковых либо ледяных ядер, сталкивающихся с чувствительной поверхностью подушки.Significant disadvantages of this method include the need for calibration of indicators, which is performed using steel, plastic or ice cores that collide with the sensitive surface of the pillow.
Кроме того, реализация способа требует значительного ручного труда при подсчетах и измерении отпечаток градин, а также требует создания мощной градомерной сети на обширных территориях, что практически невозможно из-за значительных трудозатрат.In addition, the implementation of the method requires considerable manual labor when calculating and measuring the imprint of hailstones, and also requires the creation of a powerful grading network in vast territories, which is almost impossible due to significant labor costs.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ определения размера градовых частиц путем радиолокационного зондирования градового облака с последующим определением радиолокационной отражаемости на двух длинах волн и нахождения среднекубического размера градовых частиц по формулеThe closest in technical essence to the claimed object is a method for determining the size of hail particles by means of radar sensing of a hail cloud with subsequent determination of radar reflectivity at two wavelengths and finding the average cubic size of hail particles according to the formula
где d3 - среднекубический диаметр градин, см;where d 3 is the average cubic diameter of hailstones, cm;
η3,2 и η10 - значения отражаемости на длинах волн 3,2 см и 10 см;η 3.2 and η 10 - reflectance values at wavelengths of 3.2 cm and 10 cm;
4,54 и 0,502 - эмпирические коэффициенты4.54 and 0.502 - empirical coefficients
(Руководство по применению радиолокаторов МРЛ-4, МРЛ-5 и МРЛ-6. / М.Т. Абшаев, И.И. Бурцев, С.И. Ваксенбург, Г.Ф. Шевела. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980, с.66-67. ПРОТОТИП).(Guidance on the use of radars MRL-4, MRL-5 and MRL-6. / M.T. Abshaev, I.I. Burtsev, S.I. Waxenburg, G.F. Shevela. - L .: Gidrometeoizdat, 1980, p.66-67. PROTOTYPE).
В сравнении с наземной градомерной сетью радиолокационный способ имеет ряд существенных преимуществ, поскольку обеспечивает измерение размеров градовых частиц на значительных площадях, ограниченных радиусом действия локатора 130÷150 км. Вместе с тем известный способ обладает рядом существенных недостатков, что обусловлено тем, что сам метеорадиолокатор МРЛ-5 представляет собой довольно сложное устройство, где каждый канал по существу является самостоятельной станцией и вносит свои аппаратурные погрешности при измерениях. В настоящее время на смену двухволновых радиолокационных станций типа МРЛ приходят более совершенные одноволновые станции типа ДМРЛ. В этой связи становится актуальным разработка новых одноволновых методов измерения микроструктурных параметров облака, каковыми являются спектр размеров и концентрация облачных частиц.Compared with the ground-based grading network, the radar method has a number of significant advantages, since it provides the measurement of the sizes of hail particles in large areas limited by the radius of the locator 130 ÷ 150 km. However, the known method has a number of significant drawbacks, due to the fact that the MPL-5 weather radar itself is a rather complex device, where each channel is essentially an independent station and makes its own measurement errors. At present, two-wave radars of the MRL type are being replaced by more advanced single-wave stations of the DRL type. In this regard, it becomes relevant to develop new single-wave methods for measuring the microstructural parameters of the cloud, which are the size spectrum and concentration of cloud particles.
Техническим результатом от использования заявленного технического решения является разработка одноволнового радиолокационного способа измерения размера градовых частиц в облаках в зоне их роста и упрощение процедуры измерения данным методом.The technical result from the use of the claimed technical solution is the development of a single-wave radar method for measuring the size of hail particles in the clouds in the zone of their growth and simplification of the measurement procedure by this method.
Технический результат достигается тем, что в известном способе измерения размера градовых частиц в облаках в зоне их роста, включающем радиолокационное зондирование облака на заданной длине волны, прием отраженного сигнала от облака с последующей обработкой сигнала и определением отражаемости в заданных пространственных точках облачной среды и нахождением по данным радиолокационного зондирования размера градовых частиц расчетным путем, согласно способу зондирование облака осуществляют на одной длине волны, при этом, предварительно, по данным аэрологического зондирования атмосферы строят график изменения температуры и скорости восходящих воздушных потоков по высоте облака, затем по данному графику определяют значение максимальной скорости восходящих потоков в слое облачной среды, находящемся в зоне отрицательных температур, после этого, используя данные радиолокационного зондирования, проводят горизонтальные сечения изоконтуров радиолокационной отражаемости облачной среды вблизи уровня максимальной скорости восходящих потоков и по ним определяют значение максимальной отражаемости облачной среды, затем вычисляют максимальный размер градовых частиц в зоне их роста по формулеThe technical result is achieved by the fact that in the known method for measuring the size of hail particles in the clouds in the growth zone, including radar sounding of the cloud at a given wavelength, receiving a reflected signal from the cloud, followed by processing the signal and determining the reflectivity at given spatial points of the cloud medium and finding According to the method, the sounding of the clouds is carried out at the same wavelength, while previously , according to aerological sounding of the atmosphere, a graph of the temperature and speed of the ascending air flows along the height of the cloud is built, then the value of the maximum speed of the ascending flows in the cloud layer located in the zone of negative temperatures is determined from this graph, after which, using radar sounding data, horizontal sections of the isocontours of radar reflectivity of the cloud medium near the level of the maximum velocity of the ascending flows and from them determine the value maximum reflectivity of the cloud, then calculate the maximum size of hail particles in their growth zone according to the formula
где dmax - максимальный размер градовых частиц, см;where d max - the maximum size of hail particles, cm;
ηmax - максимальная отражаемость облачной среды, см-1;η max - the maximum reflectivity of the cloud, cm -1 ;
A и B - эмпирические коэффициенты.A and B are empirical coefficients.
Технический результат достигается и тем, что максимальную отражаемость облачной среды в зоне их роста града определяют по нескольким горизонтальным сечениям изоконтуров радиолокационной отражаемости, при этом первое сечение проходит по уровню максимальной скорости восходящих потоков, а остальные сечения проходят выше этого уровня, при этом расстояние между сечениями составляет, преимущественно, 500 м.The technical result is achieved by the fact that the maximum reflectivity of the cloud in the zone of their growth is determined by several horizontal sections of the isocontours of radar reflectivity, while the first section passes at the maximum speed of the ascending flows, and the remaining sections pass above this level, while the distance between the sections It is mainly 500 m.
Технический результат достигается и тем, что зондирование облачной среды осуществляют на длине волны 10 см, при этом эмпирические коэффициенты расчетной формулы, при зондировании облака на данной длине волны, составляют A=2,43·106 и B=0,79.The technical result is achieved by the fact that the sounding of the cloud medium is carried out at a wavelength of 10 cm, while the empirical coefficients of the calculation formula, when sounding the clouds at a given wavelength, are A = 2.43 · 10 6 and B = 0.79.
Коэффициенты «А» и «В» найдены методом анализа статистических данных измерений размера градовых частиц в облаках, полученных в результате многолетних исследований процесса роста града в градовых облаках дистанционными и контактными методами. При этом учитывались наиболее типичные значения толщины пленки воды на поверхности градин, характеристики спектра градовых частиц и соотношения сухих и мокрых градин в спектре. Полученная расчетная формула наиболее оптимально выражает конечный результат проведенных исследований.Coefficients “A” and “B” were found by analyzing the statistical data of measurements of the size of hail particles in the clouds, obtained as a result of many years of research of the process of growth of hail in hail clouds by remote and contact methods. In this case, the most typical values of the thickness of the water film on the surface of hailstones, the characteristics of the spectrum of hailstones and the ratio of dry and wet hailstones in the spectrum were taken into account. The resulting calculation formula most optimally expresses the final result of the research.
На фиг.1 представлен график изменения температуры и скорости восходящих потоков по высоте развивающегося градового облака.Figure 1 presents a graph of changes in temperature and velocity of the ascending flows along the height of a developing hail cloud.
На фиг.2-фиг.4 представлены сечения радиолокационной отражаемости облачной среды вблизи уровня максимальной скорости восходящих потоков.Figure 2-figure 4 presents the cross-section of radar reflectivity of the cloud medium near the level of the maximum speed of the upward flows.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом:The proposed method is implemented as follows:
- по данным аэрологического зондирования атмосферы строят график изменения температуры и скорости восходящих воздушных потоков по высоте облака;- according to the data of aerological sounding of the atmosphere, a graph of the temperature and the velocity of the ascending air flows along the height of the cloud is plotted;
- по данному графику определяют значение максимальной скорости восходящих потоков в слое облачной среды, находящемся в зоне отрицательных температур;- according to this graph, the value of the maximum velocity of the ascending flows in the cloud layer located in the zone of negative temperatures is determined;
- затем проводят горизонтальные сечения изоконтуров радиолокационной отражаемости облачной среды в зоне, примыкающей сверху к уровню максимальной скорости восходящих потоков;- then spend horizontal sections of the isocontours of radar reflectivity of the cloud in the zone adjacent to the top of the maximum speed of the upward flows;
- по данным сечениям определяют значение максимальной отражаемости облачной среды вблизи уровня максимальной скорости восходящих потоков;- from these sections determine the value of the maximum reflectivity of the cloud medium near the level of the maximum speed of the upward flows;
- по значению максимальной отражаемости облачной среды определяют максимальный размер градовых частиц в зоне их роста по формуле.- by the value of the maximum reflectivity of the cloud medium, the maximum size of hail particles in the zone of their growth is determined by the formula.
Пример конкретного выполнения способаAn example of a specific implementation of the method
На фиг.1 приведен график изменения скорости вертикальных потоков воздушной среды и температуры в облаке, построенный по результатам зондирования в пункте Минеральные воды 07.06.2012. По данному графику нашли максимальную скорость восходящих потоков в слое облачной среды, которая составляет 34,1 м/с на высоте 9,5 км. Очевидно, что такое расположение уровня максимальной вертикальной скорости в облаке способствует росту крупного града. Далее, путем радиолокационного зондирования облака на длине волны 10 см были определены значения отражаемости в заданных пространственных точках облачной среды и получены их горизонтальные сечения вблизи уровня максимальной скорости восходящих потоков. Максимальную отражаемость облачной среды в зоне интенсивного роста града определяли по трем горизонтальным сечениям изоконтуров радиолокационной отражаемости. Первое горизонтальное сечение (фиг.2) было получено для уровня максимальной скорости восходящих потоков, а остальные сечения (фиг.3 и фиг.4) были получены для уровней, расположенных выше первого сечения, при этом расстояние между данными сечениями составляло 500 м. Из полученных сечений нашли значение максимальной отражаемости облачной среды ηmax=5,0·10-8 см-1. Далее, подставив значение ηmax в расчетную формулу, нашли максимальный диаметр градовых частиц в зоне их ростаFigure 1 shows a graph of the change in the speed of vertical air flow and temperature in the cloud, based on the results of sounding at Mineralnye Vody point 07/07/2012. According to this graph, we found the maximum velocity of the ascending flows in the cloud layer, which is 34.1 m / s at an altitude of 9.5 km. Obviously, this arrangement of the maximum vertical velocity level in the cloud contributes to the growth of large hail. Further, by means of radar sounding of the cloud at a wavelength of 10 cm, the reflectivity was determined at given spatial points of the cloud medium and their horizontal sections were obtained near the level of the maximum velocity of the upward flows. The maximum reflectivity of the cloud in the zone of intensive growth of hail was determined by three horizontal sections of the isocontours of radar reflectivity. The first horizontal section (Fig. 2) was obtained for the level of maximum upstream velocities, and the remaining sections (Fig. 3 and Fig. 4) were obtained for levels located above the first section, while the distance between these sections was 500 m. obtained cross sections found the maximum reflectivity of the cloud η max = 5.0 · 10 -8 cm -1 . Next, substituting the value of η max in the calculation formula, we found the maximum diameter of hail particles in the zone of their growth
Таким образом, используя данные стратификации атмосферы и радиолокационного зондирования облака, легко определяется размер градовых частиц в зоне их роста одноволновым методом. При этом в сравнении с двухволновым методом значительно упрощается сама процедура измерения размера градовых частиц.Thus, using the data of atmospheric stratification and radar sounding of the cloud, the size of hail particles in the growth zone by the single-wave method is easily determined. Moreover, in comparison with the two-wave method, the very procedure of measuring the size of hail particles is greatly simplified.
Claims (3)
где dmax - максимальный размер градовых частиц, см;
ηmax - максимальная отражаемость облачной среды, см-1;
A и B - эмпирические коэффициенты.1. A single-wave radar method for measuring the size of hail particles in the clouds in the zone of their growth, including radar sounding of the cloud at a given wavelength, receiving a reflected signal from the cloud, followed by signal processing and determining the reflectivity at given spatial points of the cloud medium and finding the size from the data of radar sounding hail particles by calculation, characterized in that the sounding of the clouds is carried out at the same wavelength, while previously according to aerological data Atmospheric sounding, a graph of temperature and ascending air velocity changes along the cloud height is constructed, then the maximum ascending flow velocity in the cloud layer located in the zone of negative temperatures is determined from this graph, then, using radar sensing data, horizontal sections of the radar isocontours are drawn reflectivity of the cloud medium near the level of the maximum speed of the ascending flows and from them determine the value of the maximum reflection bridges of the cloud medium, then the maximum size of hail particles in the growth zone is calculated by the formula
where d max - the maximum size of hail particles, cm;
η max - the maximum reflectivity of the cloud, cm -1 ;
A and B are empirical coefficients.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014109826/28A RU2561008C1 (en) | 2014-03-13 | 2014-03-13 | Single-wave radar method to measure size of hail particles in clouds in area of their growth |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014109826/28A RU2561008C1 (en) | 2014-03-13 | 2014-03-13 | Single-wave radar method to measure size of hail particles in clouds in area of their growth |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2561008C1 true RU2561008C1 (en) | 2015-08-20 |
Family
ID=53880919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014109826/28A RU2561008C1 (en) | 2014-03-13 | 2014-03-13 | Single-wave radar method to measure size of hail particles in clouds in area of their growth |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2561008C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4660038A (en) * | 1983-10-28 | 1987-04-21 | Georgia Tech Research Institute | Doppler distrometer for the measurement of hydrometer size distribution |
SU1661701A1 (en) * | 1988-12-02 | 1991-07-07 | Высокогорный геофизический институт | Hail cloud two wave radiolocation method |
RU2292565C1 (en) * | 2005-05-03 | 2007-01-27 | Высокогорный Геофизический Институт (Гу Вги) | Method of measuring size of hail's particles |
-
2014
- 2014-03-13 RU RU2014109826/28A patent/RU2561008C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4660038A (en) * | 1983-10-28 | 1987-04-21 | Georgia Tech Research Institute | Doppler distrometer for the measurement of hydrometer size distribution |
SU1661701A1 (en) * | 1988-12-02 | 1991-07-07 | Высокогорный геофизический институт | Hail cloud two wave radiolocation method |
RU2292565C1 (en) * | 2005-05-03 | 2007-01-27 | Высокогорный Геофизический Институт (Гу Вги) | Method of measuring size of hail's particles |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wilson et al. | Can one detect small-scale turbulence from standard meteorological radiosondes? | |
Leventidou et al. | Factors affecting the comparisons of planetary boundary layer height retrievals from CALIPSO, ECMWF and radiosondes over Thessaloniki, Greece | |
Baumgarten et al. | On microphysical processes of noctilucent clouds (NLC): observations and modeling of mean and width of the particle size-distribution | |
Sunilkumar et al. | Characteristics of turbulence in the troposphere and lower stratosphere over the Indian Peninsula | |
Lenain et al. | Evidence of sea-state dependence of aerosol concentration in the marine atmospheric boundary layer | |
Odintsov et al. | Estimates of the refractive index and regular refraction of optical waves in the atmospheric boundary layer: Part 1, Refractive index | |
Martini et al. | Derivation of clear-air turbulence parameters from high-resolution radiosonde data | |
KR101538368B1 (en) | method of hydrometeor classification using raw data of X band dual polarization radar | |
Szyrmer et al. | Snow studies. Part IV: Ensemble retrieval of snow microphysics from dual-wavelength vertically pointing radars | |
Luce et al. | Simultaneous observations of tropospheric turbulence from radiosondes using Thorpe analysis and the VHF MU radar | |
Tsuda et al. | Estimation of a humidity profile using turbulence echo characteristics | |
CN109254273B (en) | Method and device for processing wind profile radar echo signals | |
Kumari et al. | Raindrop size distribution variations in JAL and NILAM cyclones induced precipitation observed over Kadapa (14.47 o N, 78.82 o E), a tropical semi-arid region of India | |
RU2561008C1 (en) | Single-wave radar method to measure size of hail particles in clouds in area of their growth | |
Kalthoff et al. | Dry and moist convection in the boundary layer over the Black Forest–a combined analysis of in situ and remote sensing data | |
Greene et al. | Using an ADCP to estimate turbulent kinetic energy dissipation rate in sheltered coastal waters | |
RU2292565C1 (en) | Method of measuring size of hail's particles | |
Das et al. | Characteristics of atmospheric turbulence in terms of background atmospheric parameters inferred using MST radar at Gadanki (13.5 N, 79.2 E) | |
Wang et al. | Atmospheric duct detection using wind profiler radar and RASS | |
Chechin et al. | Cold-air outbreaks over the ocean at high latitudes and associated mesoscale atmospheric circulations: Problems of numerical modelling | |
RU2385474C1 (en) | Method of determining convectional dangerous weather phenomena during warm period of year for european part of russia | |
Kramar et al. | A new concept for estimation of turbulent parameter profiles in the ABL using sodar data | |
Talianu et al. | Planetary boundary layer height detection from LIDAR measurements | |
Troitskaya et al. | Towards the GMF for Wind Speed and Surface Stress Retrieval in Hurricanes Based on the Collocated Dropsonde Data and Cross-Polarization SAR Images | |
Wash et al. | Remote measurements and coastal atmospheric refraction |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160314 |