معرفی رادارهای هواشناسی و محصولات آن

 

چکیده:

رادار یک سیستم الکترومغناطیسی است که برای تشخیص و تعیین موقعیت هدف بکار می رود . با رادار می توان درون محیطی را که برای چشم ،غیر قابل نفوذ است دید مانند تاریکی ،باران،مه.برف،غبار و غیره.اما مهمترین مزیت رادار توانایی آن در تعیین فاصله یا حدود هدف می باشد.کاربرد رادارها در اهداف زمینی ، هوایی،دریایی،فضایی و هواشناسی می توان پیش بینی های لازم را ارائه کرد.ایجاد سیستمی با توانایی بالا در ردیابی پدیده ها هدف عمده رادارهای هواشناسی کشور است.

مقدمه:

رادار یک سیستم الکترومغناطیسی است برای تشخیص و تعیین موقعیت هدفها بکار می رود.این دستگاه بر اساس ارسال یک شکل موج خاص به طرف هدف است.برای مثال با یک موج سینوسی با مدولاسیون پالسی تجزیه و تحلیل بازتاب آن عمل می کند.

با رادار می توان درون محیطی را که برای چشم غیر قابل نفوذ است دید مثل تاریکی ، باران ،مه برف ،غبار و غیره،اما مهمترین مزیت رادار،توانائی آن در تعیین فاصله یا حدود هدف می باشد.

لازم به ذکر است که بدانیم کلمه رادار اختصاری از کلمات Radar Detection And Ranging است،چرا که رادار در ابتدا بعنوان وسیله ای برای هشدار نزدیک شدن هواپیمای دشمن بکار می رفت و ضد هوایی را در جهت مورد نظر می گرداند.اما یکی از مهمترین وظایف رادار تعیین فاصله هدف تا فرستنده است که هیچ تکنیک دیگری بخوبی وبه سرعت رادار قادر به اندازه گیری این فاصله نیست.

یک رادار ساده شامل آنتن ،فرستنده ،گیرنده و عنصر آشکار ساز انرژی یا گیرنده می باشد. آنتن فرستنده پرتوهای الکترومغناطیسی تولید شده توسط نوسانگر را دریافت و گیرنده می دهد. معمولی ترین شکل موج در رادارها یک قطار از پالسهای باریک مستطیلی است که موج حامل سینوسی را مدوله می کند.

رادارها در روی زمین ودر هوا، دریا و فضا بکار گرفته می شوند.رادارهای زمینی بیشتر برای آشکار سازی ،تعیین موقعیت و ردیابی هواپیمایا اهداف هوایی مورد استفاده قرار می گیرند.رادارهای دریایی بعنوان یک وسیله کمکی به کشتیرانی و وسیله ای مطمئن برای تعیین موقعیت شناورها،خطوط ساحل و دیگر کشتیها و همچنین دیدن هواپیما بکار می روند.رادارهای هوایی برای آشکار سازی هواپیا،کشتی و وسائط نقلیه زمینی و یا نقشه برداری زمین،اجتناب از طوفان جلوگیری از برخورد با زمین و یا ناوبری می توانند مورد استفاده قرار گیرند.در فضا ،رادار به هدایت اجسام پرنده کمک می کند و برای ارتباط راه دور با زمین و دریا بکار می رود.

امروزه رادارهای مجهزی جهت شناسایی مراکز طوفان و اندازه گیری شدت بارندگی و انواع رگبارها در اختیار هواشناسان قرار دارد.بازتاب اشعه رادار در صفحه تصویر منعکس شده و توسط دستگاههای اندازه گیری، مشخصات سیگنال رسیده دقیقا مورد بررسی قرار می گیرد و فاصله هدف تا مبدا ( ایستگاه زمینی رادار) توسط واحد مربوط بنام rang unit اندازه گیری می شود.

امروزه تقریبا تمام دنیا از رادارهای هواشناسی برای مقاصد مختلف استفاده می کنند. استفاده از این دستگاه هواشناسی از زمان جنگ شروع شده است بدین معنا که متخصین رادار مشاهده می کردند هر زمان بین هدف و دستگاه رادار ابر باران زا مشاهده شود،مشاهده شود،مشاهده هدف مشکل و گاهی غیر مکن است ولی اگر ابر بدون باران باشد اشکال چندانی بوجود نمی آید.در اینجا به توضیحات بیشتر در این زمینه می پردازیم.تقریبا همیشه برای وضعیت هواشناسی از طول موج های بلند استفاده می شود.ولیکن در این رادارها طول موجها را میتوان به 10 سانتی متر یا کمتر مختصر کرد.

واضح است که گاهی اوقات گرفتن بازتاب ها از اهداف هواشناسی بوده و ممکن است موجب کاهش در حداکثر برد رادار شود.گاهی اوقات مسیر انتقال را تحت تاثیر قرار می دهد. اخیرا رادارها در هواشناسی و غیره با هدف از بین بردن نتایج اشتباه با مدارها ترکیب شده اند. با اتمام یافتن جنگ در سال 1945،در بخش هواشناسی رادارهای مناسب زیادی ارائه شد.که بیشتر از طول موج های 3 الی 10 سانتی متر استفاده می کردند، آنها داده ها را دریابی کرده و مشاهدات جدید را به صورت بالفعل درآورده و میانگین آنها را بدست می آورند.در برخی از کشورها محققیق برنامه هایی را اجرا کرده و حوادث ناشی از بازتاب را در هواشناسی مورد بررسی قرار دادند،این بازتاب (برگردان) داده ها را می توان در اطلاعات هواشناسی مورد استفاده قرارداد و بررسی کرد که چگونه سیستم های مختلف رادار می تواند در بخش های دیگر موثر بوده و مورد استفاده قرارگیرد.برخی از کشورها در سال های 1950 و 1960 شروع به استفاده های بهتری از رادارها کردند.بین رادارهای هوایی و دریایی اختلاف ناچیزی وجود دارد.هر دو برای ردیابی و پیگیری توفان های تندری و سیلیکون ها مورد استفاده قرار می گیرند.اغلب محل فرودگاه در نقاطی که بیشترین حساسیت را در برابر توفان ها دارد،قرار می گیرد.در این موارد (هنگام بروزطوفان) به ساکنین و هواپیماها هشدار می دهند.این اطلاعات موجب افزایش دیده بانی در بخش های مختلف پیش بینی می گردد،در برخی از این روش ها میزان بارندگی را به طور دقیق تعیین می کنند. بنابراین رادارها امکان توسعه اطلاعات و داده های هواشناسی را مسیر می سازند.

در ضمن می توان میزان بارندگی را دقیق اندازه گیری کرد و در بخش های تحقیقاتی هواشناسی و هیدرولوژی (آ‎بشناسی) مورد استفاده قرار داد.بنابراین با استفاده از کامپوترها ی اولیه می توان مقدار زیادی از داده ها را با کمک افراد ارائه و با داده های دیجیتالی بطور یکسان مورد پردازش قرار داد و مکن است تنها تعدادی از حوادث معروف را انتخاب نمایند.علاوه بر این ،می توان با حداقل تجربه داده ها را تهیه و به شخص استفاده کنند انتقال داد.

در اواخر سال های 1960 همزمان با ظهور کامپیوترهای سریع و کوچک ،استفاده از رادار نیز توسعه یافت.ممکن است در شرایط عادی داده های رادار تنها متعلق به اطلاعاتی در مورد بارندگی باشد.باشد.بنابراین در اغلب موارد نیاز به دقت در داده ها و اصلاح این میانگین ها می باشد .این کار همیشه بطور مداوم صورت می گیرد .ولیکن برخی از کشورها ثابت کردند که داده های ارائه شده از رادار تاحدودی برای هشدار دادن سیل و برای مدیریت کلی آب مناسب می باشد.ترکیب داده ها با استفاده از چند رادار،علاوه بر شکل مرکب داده های ترکیبی رادار،داده هایی که با استفاده از ماهواره ها بدست می آیند و داده هایی که بیشتر از ابزار و ادوات ویژه هواشناسی بدست می آیند تماما مورد بررسی و پیگیری قرار می گیرند.

از چندین ساعت قبل میزان بارندگی پیش بینی می شود و داده ها و اطلاعات رادار ها از طریق صفحه تلویزیون و کامپیوترها برای پردازش بیشتر مدل های هواشناسی و هیدرولوژی(آبشناسی) مورد استفاده قرار می گیرد و با توجه به دیجیتال بودن سیستم ها می توان از داده ها برای بدست آوردن میزان بارش نواحی مختلف بهره برد.بنابراین می توان این ارقام و اطلاعات را به آ‎سانی تا مسافت های زیادی برای نمایش دادن به کاربر ارسال کرد و میزان زیادی از کارهای باقی مانده داد.

معیارهای رایج در نصب و راه انداری رادار در سال 1981 فرض بر این بود که رادارهای هوایی که در بخش های سراسر جهان مورد استفاده قرار می گرفت بین 600 تا 650 رادار بوده است در اینجا در مورد تعدادی از باند- C ( cm 5 ) و باند X (cm 3 ) که احتمالا هر کدام کمی بیش از 200 بوده،باند S (cm 10 تا حدودی کمتر از 200 است و مابقی طول موج رادارها در حدود 60 است که تعدادی از باند-X / باند-S و برخی از باند-K (cm 0.86 )/باند X را شامل می شود.طول موجی که برای رادارها معمولا استفاده می شود توسط USSR یا برخی از کشورهای همجوار مورد استفاده قرار می گیرد.در حدود 200 سیستم رادار ایجاد شده است که برخی از آنها ارقام را مورد پردازش قرار می دهند و بطور معمول PPI / RHI را نمایش می دهند و بطور خودکار کمتر از 60 پردارش را در سیستم انجام داده و داده ها را ارائه می نمایند،البته این اعداد به سرعت افزایش می یابند.

دانشمندان هواشناسی توانستند با مشاهده این پدیده ها و ارتفاع و شدت ابرهای طوفان زا و دارای بارندگی را بر روی نقشه مشخص کنند و حتی رشد نمو و تغییرات آنها را مطالعه نمایند. گفتیم در رادارهای هواشناسی صفحات مختلفی بکار می رود که رایج ترین این صفحات PPI می باشد.علت استفاده از PPI در هواشناسی این است که تنها چنین راداری می تواند طوفانها و بارندگیها را مشخص و جهت آنرا تعیین سازد.

با آگاهی از امکانات رادارهای هواشناسی ، پروژه رادار هواشناسی در کشور تصمیم به راه اندازی این سیستم پیشرفته در کشور دارد.

کاربردهای رادارهای هواشناسی ایجاد سیستمی با توانایی کشف، ردیابی و تخمین عملکرد سیستم های فعال جوی برای برآورده نمودن نیازهای زیر هدف عمده پروژه رادارهای هواشناسی است.

1- امنیت ترافیک هوایی

با توجه به اینکه رادار هواشناسی می تواند پدیده های جوی را در سطوح فوقانی با دقتی بالا کشف و ردیابی کند،این امکان را فراهم می آورد تا خلبان پیش از ورود هواپیما به منطقه ای که شرایط نامناسب جوی دارد از موضوع آگاهی پیدا کند و تصمیمات لازم را اتخاذ نماید.

2- کمک به مدیریت منابع آب

رادار هواشناسی امکان پیش بینی های کوتاه مدت و دقیق از میزان بارندگی را فراهم می آورد. این پیش بینی ها می تواند مبنای خوبی را برای مدیریت منابع آب از قبیل تنظیم دریچه های خروجی آب از سدها برای جلوگیری از سر ریز شدن،پاکسازی راه آبها و… فراهم آورد.

همچنین این اطلاعات می تواند برای صدور هشدار نسبت به وقوع سیلاب یا طوفان بکار رود.علاوه بر این اطلاعات جمع آوری شده می تواند برای پیش بینی های بلند مدت در مورد میزان بارندگی و به تبع آن منابع آب بکار رود که در موارد متعددی چون تولید برق و کشاورزی کاربرد دارد.

3- کشاورزی

همانطور که گفته شد رادار هواشناسی امکان پیش بینی های کوتاه مدت بارندگی را فراهم می آورد.این پیش بینی ها علاوه بر میزان بارندگی،شدت و نوع آن را نیز شامل می شود.به این ترتیب پدیده های زیانبار برای محصولات کشاورزی از قبیل تگرگ ،باران شدید و طوفان قابل پیش بینی خواهد بود.

4- تعدیل آب و هوا

شناسایی و ردیابی توده های فعال و غیر فعال جوی و برآورد نوع فعالیت آنها می تواند منجر به اتخاذ تصمیم درست و به موقع برای باروری ابرها،تبدیل تگرگ به باران و سایر روشهای تعدیل آب و هوا گردد.

5 - تحقیقات

یکی از زمینه های باز تحقیقات ،ایجاد الگوریتم و روشهای برای پیش بینی و تخمین سیستمها می باشد.اینکار با داشتن داده های آماری دقیق و با فاصله زمانی هر چه کوتاهتر ممکن می شود.داشتن آماری با دقت زمانی و فشردگی مکانی بالا از بارندگی،برای پیشبرد این اهداف مناسب می باشد.

6 - مدیریت راهها

فراهم آوردن امکان پیش بینی بارش برف و سایر نزولات آسمانی و طوفانها می تواند عاملی مؤثر در جلوگیری از حوادث رانندگی ناشی از لغزندگی معابر و سوانح ناشی از سقوط بهمن باشد.

7 - پیش بینی عمومی وضع هوا

رادار هواشناسی کاربرد عمده ای در پیش بینی های کوتاه مدت و بلند مدت وضع هوا و تحلیل شرایط جوی دارند و دضعیت جوی حاضد را با تصویرهایی گویا و زیبا ارائه می دهند که قابل ارائه از طریق رسانه های جمعی نظیر تلویزیون و اینترنت می باشد.

محصولات رادار

محصولات هواشناسی شامل محصولات اولیه و ثانویه هستند که از داده های خام اولیه V ، Z، W بدست می آیند.از محصولات رادار می توان به چند مورد اشاره نمود که عبارتند از:محصول هواشناسی ( PPI RHI CAPPI VAD … ) محصول آبشناسی ( RDS AZS ) محصول پیشبینی و هشدار ( HHW WRN … ) محصول پدیده ها ( SWI MESO …)

در نهایت امید بر اینست که با راه اندازی رادارهای هواشناسی و ادامه آن در فازهای بعد بتوان در جهت بهبود پیش یابی های وضع هوا گامی بزرگ برداشت.