Dvigubos poliarizacijos radaras pagerina orų prognozių tikslumą, tiksliai išanalizuodamas kritulių dalelių dydį ir formą. Naudodamas įvairius išvesties kintamuosius, jis gali atskirti stiprų kritulį, krušą ir dar daugiau ir įgalinti greitą oro reakciją.
Kritulių prognozavimo ir orų stebėjimo svarba
Tokie oro reiškiniai kaip stiprus lietus, kruša, gausus sniegas gali sukelti nelaimių, todėl svarbu numatyti kritulius ir pasiruošti žalai. Pastaraisiais metais dvigubos poliarizacijos radaro stebėjimai leido greičiau ir tiksliau stebėti orus, o informacija apie kritulius atnaujinama kas 10 minučių. Ši orų stebėjimo technologijų pažanga atlieka svarbų vaidmenį mažinant stichinių nelaimių skaičių. Visų pirma, orų stebėjimas taip pat būtinas žemės ūkio, vandentvarkos, miestų planavimo ir kituose sektoriuose. Jame pateikiama svarbi informacija, kaip tinkamai reguliuoti vandens tiekimą, reikalingą pasėlių augimui, užkirsti kelią potvyniams ir sausroms bei projektuoti miesto drenažo sistemas.
Kaip veikia dvigubos poliarizacijos radaras?
Taigi, kaip dvigubos poliarizacijos radaras stebi oro įvykius? Iš esmės orų radarai siunčia radijo bangas į atmosferą ir, atsimušę nuo kritulių dalelių, analizuoja gautas bangas ir apskaičiuoja kelis kintamuosius kritulių dalelėms analizuoti. Dvigubos poliarizacijos radaras taip pat naudoja šį principą, pirmiausia nustatydamas apytikslį kritulių dalelių dydį ir skaičių per atspindėjimą, kuris yra perduodamų ir priimamų bangų stiprumo palyginimas.
Radijo bangos, kurias perduoda ir priima dvigubos poliarizacijos radaras, susideda iš horizontalios bangos, kuri svyruoja statmena žemei kryptimi, ir vertikalios bangos, kuri svyruoja statmena žemei kryptimi. Kiekvienos bangos atspindys vadinamas horizontaliuoju ir vertikaliuoju atspindžiu ir matuojamas decibelais kvadratiniam metrui (dBZ). Atspindėjimas, naudojamas kaip dvigubos poliarizacijos radaro išvesties kintamasis, yra horizontalusis atspindys, kuris yra proporcingas kritulių dalelių dydžiui ir skaičiui 1 m³ tūrio vienete. Paprastai šlapdriba su mažomis ir nedaug kritulių dalelių yra 1 dBZ ar mažesnė, o stipraus lietaus su didelėmis ir daugybe kritulių dalelių vertė yra 20 dBZ ar daugiau. Tačiau krušos atveju kartais sunku atskirti kritulių dalelių tipą pagal vien atspindį, nes atspindys gali atrodyti panašus į liūtį, nors kritulių dalelių dydis ir skaičius skiriasi. Todėl norint juos atskirti, reikalingi kiti išvesties kintamieji.
Naudojant skirtingus išvesties kintamuosius
Pirma, galime naudoti skirtingą atspindžio koeficientą, kad nustatytų kritulių dalelių dydį ir formą. Diferencinis atspindys – tai horizontalus atspindžio koeficientas, atėmus vertikalųjį atspindžio koeficientą, kurio vertė yra teigiama, jei kritulių dalelės yra ilgesnės horizontaliai, ir neigiama, jei jos ilgesnės vertikaliai, ir matuojamas decibelais (dB). Pavyzdžiui, per stiprią liūtį su didelėmis kritulių dalelėmis dėl oro pasipriešinimo, su kuriuo susiduria lietaus lašai, jiems krintant, jie išsiskleidžia horizontaliai, todėl diferencinis atspindys yra didesnis nei 2 dB. Kita vertus, jei kruša ar sniegas neištirpę ir sudaryti iš gryno ledo, net jei dalelės yra didelės, jos nesklinda horizontaliai, o dėl sukimosi judesio krenta beveik sferinės formos ir dažnai turi 0 dB diferencinį atspindžio vertę. Tai leidžia atskirti oro reiškinius – stiprų lietų ir krušą, net jei jų atspindžio vertės yra panašios. Tačiau net ir šlapdriba, kai kritulių dalelės yra mažesnės nei 0.3 mm, susiduria su labai mažu oro pasipriešinimu, todėl diferencinis atspindys dažnai yra 0 dB, nes kritulių dalelės išlieka sferinės. Todėl, norint atskirti kritulių dalelių tipus, būtina atsižvelgti ir į atspindėjimą, ir į skirtingą atspindėjimą.
Kita vertus, norint tiksliai įvertinti kritulių dalelių skaičių tūrio vienete, nepakanka žinoti kritulių dalelių, tokių kaip lietus ar kruša, tipą ir kritulių dalelių dydį. Todėl informacija apie kritulių dalelių skaičių gaunama per išėjimo kintamuosius, vadinamus diferencialiniu fazių skirtumu ir nediferenciniu fazių skirtumu. Kai radaro bangos pasiekia kritulių dalelę, kritulių dalelių dydis ir forma lemia, kad horizontali ir vertikali poliarizacija progresuoja skirtingu greičiu. Atitinkamai kinta dviejų poliarizacijų fazė, o šių fazių skirtumo kumuliacinė vertė yra diferencinis fazių skirtumas. Vienetas yra laipsniai (°), o fazių skirtumas gaunamas iš horizontalios poliarizacijos fazės atėmus vertikalios poliarizacijos fazę. Kuo didesnis kritulių dalelės, per kurią praeina radijo bangos, skerspjūvio skersmuo, tuo didesnė fazės reikšmė, taigi, kaip ir diferencinis atspindys, jis turi teigiamą reikšmę, jei kritulių dalelė ilgesnė horizontaliai, o neigiama, jei ji ilgesnė vertikaliai. Kadangi diferencinis fazių skirtumas ir toliau kaupiasi sklidimo kryptimi, jam būdinga tai, kad jis gali duoti nulines vertes net ir tada, kai nėra kritulių dalelių.
Diferencialinio fazių skirtumo kitimo greitis tam tikrame stebėjimo diapazone vadinamas nediferenciniu fazių skirtumu. Jei diferencialinis fazių skirtumas yra 0° taške, esančiame už 5 kilometrų nuo radaro ir 10° taške, esančiame už 10 kilometrų, diferencialinis fazių skirtumas tarp 5 ir 10 kilometrų yra 1°/km, tai yra diferencinio fazių skirtumo pokytis. 10° padalytas iš 10 kilometrų atstumo pirmyn ir atgal. Skirtingai nuo diferencinio fazių skirtumo, nediferencinis fazių skirtumas duoda tik nulinę vertę, kai yra kritulių dalelių, todėl galite tiksliau įvertinti kritulių dalelių skaičių konkrečioje sekcijoje, kurią norite stebėti.
Kryžminės koreliacijos koeficientų svarba
Tačiau sumaišius dviejų ar daugiau tipų kritulių daleles, pvz., kai sniegas tirpsta ir iškrenta tiek kaip sniegas, tiek lietus, išvesties kintamasis gali atrodyti didesnis arba mažesnis nei tikrasis oro įvykis, o tai gali būti paini. Išvesties kintamasis, skirtas tai išspręsti, yra kryžminės koreliacijos koeficientas. Kryžminės koreliacijos koeficientas yra horizontalios ir vertikalios poliarizacijos signalų panašumo matas, kai vertės artimesnės 1, tuo panašesnės yra kritulių dalelių dydis ir tipas. Apskritai kryžminės koreliacijos koeficientas yra didelis (0.97 ar didesnis), kai to paties tipo ir panašaus dydžio kritulių dalelės pasiskirsto stebėjimo diapazone lietaus ar sningant. Tačiau kai yra įvairių tipų kritulių dalelių mišinys arba kai kritulių dalelės yra tos pačios rūšies, bet skiriasi dydžiu, pavyzdžiui, stipriai liūtys, kryžminės koreliacijos koeficientas gali būti mažesnis nei 0.97.
Taigi, dvigubos poliarizacijos radaras gali naudoti įvairius išvesties kintamuosius, kad būtų galima tiksliau stebėti ir analizuoti oro reiškinius. Tai leidžia išvengti nelaimių ir greitai reaguoti į oro pokyčius. Orų stebėjimo technologijų pažanga padarys mūsų kasdienį gyvenimą saugesnį ir patogesnį.
