Способ раннего обнаружения атмосферных вихрей в облаках некогерентным радаром
Владельцы патента RU 2503030:
Федеральное государственное бюджетное учреждение "ВЫСОКОГОРНЫЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФГБУ ВГИ) (RU)
Изобретение относится к области радиолокационной метеорологии и может быть использовано на практике для раннего обнаружения таких атмосферных циклонических вихрей, как торнадо и смерчи некогерентным радаром. Достигаемый технический результат - повышение информативности и точности раннего обнаружения атмосферных вихрей. Согласно способу при обнаружении циклонических вихрей в грозоградовых облаках некогерентным радаром осуществляют радиолокационное зондирование облака на длине волны 10 см, определяют значения отражаемости в заданных пространственных точках облачной среды и отображают эти данные на экране персонального компьютера в виде трехмерной радиолокационной картинки облака, полученное изображение облака рассматривают со всех сторон на фоне экрана персонального компьютера в динамическом режиме, снимая предварительно при каждом просмотре с трехмерного изображения внешнюю оболочку, соответствующую перепаду радиолокационной отражаемости в 2 dBZ, затем при обнаружении контура предполагаемой полости атмосферного вихря на поверхности изображения осуществляют визуальный его просмотр на фоне экрана персонального компьютера и при совпадении цвета обнаруженной полости с цветом фона экрана персонального компьютера идентифицируют данную полость как полость атмосферного вихря. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области радиолокационной метеорологии и может быть использовано на практике для раннего обнаружения таких атмосферных вихрей, как торнадо и смерчи некогерентным радаром.
Смерчи и торнадо появляются внезапно и стремительно несутся над континентами, нанося огромный ущерб народному хозяйству.
В настоящее время для обнаружения таких атмосферных вихрей, как торнадо и смерчи, используют метеорологические спутники, которые позволяют обнаруживать их, экстраполировать путь движения и тем самым уменьшать наносимый ими ущерб. Однако, как правило, метеорологические спутники позволяют их обнаружить тогда, когда они уже сформировались и успели нанести значительный ущерб. Достаточно эффективные методы раннего обнаружения до сих пор не разработаны. Большие надежды в этом отношении возлагаются на эффект появления специфического импульсного радиоизлучения в СВЧ-диапазоне частот при зарождении атмосферных смерчей в грозовых облаках (Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. - Л.: Гидрометеоиздат, с.385-406.). Однако методы, основанные на данном эффекте, находятся пока на ранней стадии своего развития и не нашли практического применения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ активных воздействий на облака, включающий 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, с последующим отображением на экране персонального компьютера двумерного радиолокационного изображения облака и получением сечений изоконтуров радиолокационной отражаемости облака в горизонтальной и вертикальной плоскостях (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.138-139 Прототип).
Данный способ позволяет получить вертикальные и горизонтальные сечения грозоградового облака, и по изоконтурам радиолокационной отражаемости в сечениях выделить в облаке зоны зарождения града и воздействовать на эти зоны реагентом с целью предотвращения градобитий и искусственного стимулирования осадков.
Данный способ позволяет обнаружить также на поверхности двумерного изображения облака различные контуры предполагаемых струйных воздушных течений, идентифицировать которые практически не представляется возможным. Это обусловлено тем, что способ недостаточно информативен и точен, поэтому данный способ применяется на практике только для решения задач, связанных с активными воздействиями на облака с целью предотвращения градобитий и вызывания осадков.
Техническим результатом от использования заявленного способа является повышение информативности и точности раннего обнаружения таких атмосферных вихрей, как торнадо и смерчи некогерентным радаром.
Технический результат достигается тем, что в известном способе раннего обнаружения атмосферных вихрей в облаках некогерентным радаром, включающем радиолокационное зондирование облака на заданной длине волны, прием отраженного сигнала от облака с последующей обработкой сигнала, определением отражаемости в заданных пространственных точках облачной среды и отображение на экране специализированного вычислительного устройства структуры эхосигналов облака, по данным радиолокационного зондирования формируют трехмерное изображение структуры эхосигналов облака, ограниченное по внешнему контуру пороговым уровнем эхосигнала Z=0 dB, которую затем рассматривают в динамическом режиме, удаляя предварительно при каждом просмотре с внешней ее поверхности слой, соответствующий перепаду ослабления порогового уровня сигнала в ΔZ dB, затем при обнаружении предполагаемой полости атмосферного вихря на поверхности изображения ее ориентируют в плоскости экрана специализированного вычислительного устройства таким образом, чтобы видимость ее была максимальной, после этого вновь последовательно с трехмерного изображения структуры эхосигналов облака удаляют следующий внешний слой, соответствующий перепаду порогового уровня сигнала ΔZ dB, и при обнаружении в данной полости просвета, совпадающего по цвету с фоном экрана, идентифицируют данную полость как полость атмосферного вихря.
Технический результат достигается также и тем, что в известном способе раннего обнаружения атмосферных вихрей в облаках некогерентным радаром перепад ослабления порогового уровня сигнала ΔZ принимается равным 5 dB.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг.1 представлена фронтальная проекция структуры эхосигналов облака; на фиг.2 представлен вид этой структуры сверху при уровне сигнала на ее поверхности Z=35 dB; на фиг.3 представлена структура радиоэхо облака (вид сверху) после последовательного удаления с внешней его поверхности слоев до уровня сигнала Z=45 dB. На рисунке визуально просматривается полость атмосферного циклонического вихря на фоне экрана компьютера.
Способ раннего обнаружения атмосферного вихря в облаках некогерентным радаром реализуется следующим образом.
С помощью некогерентного радара (не показан) осуществляют периодический обзор пространства (полусферы) с цикличностью 3-5 минут. В каждом цикле обзора регистрируют амплитуды радиолокационных сигналов во всех точках трехмерного пространства полусферы с разрешающей способностью по всем трем координатам не хуже 0,5 км (выбранные значения цикличности и разрешающей способности по координатам являются оптимальными). По данным радиолокационного зондирования в каждом цикле обзора формируют трехмерное изображение структуры эхосигналов облака, ограниченное по внешнему контуру пороговым уровнем эхосигнала Z=0 dB. Затем, рассматривая данное изображение в динамическом режиме, удаляя предварительно при каждом просмотре с внешней ее поверхности слой, соответствующий перепаду ослабления порогового уровня сигнала в ΔZ=5 dB. И при обнаружении предполагаемой полости атмосферного вихря на поверхности изображения ее ориентируют в плоскости экрана таким образом, чтобы видимость ее была максимальной. Затем последовательно вновь с трехмерного изображения удаляют следующий внешний слой, соответствующий перепаду порогового уровня сигнала ΔZ=5 dB. И так продолжается до тех пор, пока в данной полости не обнаружится просвет, совпадающий по цвету с фоном экрана. В этом случае данную полость идентифицируют как полость атмосферного вихря. Выбранное значение ΔZ=5 dB для существующих некогерентных радаров является оптимальным.
Пример конкретного выполнения способа.
На Фиг.1 представлена фронтальная проекция структуры эхосигналов облака, зафиксированная некогерентным радаром (МРЛ-5) в районе Усть-Лабинска Краснодарского края 2 августа 2007 года. Внешняя оболочка рассматриваемой структуры соответствует пороговому уровню сигнала ΔZ=5 dB. За пределами данного уровня радар не видит. Для обнаружения атмосферного вихря в облаке 1 с его внешней поверхности с помощью программного обеспечения радара (МРЛ-5) последовательно удаляли слои, соответствующие перепаду порогового уровня сигнала ΔZ=5 dB. В результате была получена структура эхосигналов облака (Фиг.2), внешняя оболочка которой отвечает уровню сигнала Z=35 dB. При этом было удалено всего семь слоев, каждый из которых соответствовал перепаду порогового уровня сигнала ΔZ=5 dB. При тщательном обзоре трехмерного изображения после удаления последующего слоя, отвечающего уровню сигнала Z=5 dB, не удалось выявить предполагаемую полость атмосферного вихря. И лишь при удалении тринадцатого по счету слоя с уровнем сигнала ΔZ=45 dB (Фиг.3) удалось обнаружить в теле облака 3 канал 4, просвет которого совпал по цвету с цветом экрана специализированного вычислительного устройства, в данном случае персонального компьютера. Таким образом удалось обнаружить полость атмосферного вихря некогерентным радаром в реальных условиях. При автоматическом поиске атмосферных вихрей время их обнаружения резко сокращается.
Предлагаемый способ отличается от известных высокой точностью, информативностью и простотой в реализации.
Способ может быть использован на практике для раннего обнаружения с помощью некогерентных радаров таких опасных атмосферных явлений, как торнадо и смерчи.
1. Способ раннего обнаружения атмосферных вихрей в облаках некогерентным радаром, включающий 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 отображение на экране специализированного вычислительного устройства структуры эхо-сигналов облака, отличающийся тем, что по данным радиолокационного зондирования формируют трехмерное изображение структуры эхо-сигналов облака, ограниченное по внешнему контуру пороговым уровнем эхо-сигнала Z=0 dB, которую затем рассматривают в динамическом режиме, удаляя предварительно при каждом просмотре с внешней ее поверхности слой, соответствующий перепаду ослабления порогового уровня сигнала ΔZ dB, затем при обнаружении предполагаемой полости атмосферного вихря на поверхности изображения ее ориентируют в плоскости экрана специализированного вычислительного устройства таким образом, чтобы видимость ее была максимальной, после этого вновь последовательно с трехмерного изображения структуры эхо-сигналов облака удаляют следующий внешний слой, соответствующий перепаду порогового уровня сигнала ΔZ dB, и при обнаружении в данной полости просвета, совпадающего по цвету с фоном экрана, идентифицируют данную полость как полость атмосферного вихря.
2. Способ раннего обнаружения атмосферных вихрей в облаках некогерентным радаром по п.1, отличающийся тем, что перепад ослабления порогового уровня сигнала ΔZ принимается равным 5 dB.
