Vindprofil - Wind profiler
En vind profiler er en type vær observere utstyr som utnytter radar eller lydbølger ( SODAR ) for å detektere den vindhastigheten og retningen på forskjellige høyder over bakken. Avlesninger gjøres på hver kilometer over havet, opp til troposfæren (dvs. mellom 8 og 17 km over gjennomsnittlig havnivå). Over dette nivået er det utilstrekkelig vanndamp til stede for å produsere en "sprett". Dataene som er syntetisert fra vindretning og hastighet, er veldig nyttige for meteorologiske prognoser og rettidig rapportering for flyplanlegging. En tolv-timers datahistorie er tilgjengelig via NOAA- nettsteder.
Prinsipp
I en typisk implementering kan radaren eller sodaren prøve langs hver av fem bjelker: en er rettet vertikalt for å måle vertikal hastighet, og fire er vippet av vertikal og orientert ortogonal til hverandre for å måle de horisontale komponentene i luftens bevegelse. En profils evne til å måle vind er basert på antagelsen om at de turbulente virvler som fremkaller spredning blir ført med av middelvinden. Energien spredt av disse virvler og mottatt av profilen er størrelsesorden mindre enn overført energi. Imidlertid, hvis tilstrekkelige prøver kan oppnås, kan amplituden til energien spredt av disse virvler tydelig identifiseres over bakgrunnsstøynivået, og deretter kan gjennomsnittlig vindhastighet og retning innenfor volumet som samples bestemmes. De radiale komponentene målt av de skråstilte bjelkene er vektorsummen av luftens horisontale bevegelse mot eller bort fra radaren og enhver vertikal bevegelse som er tilstede i strålen. Ved hjelp av passende trigonometri beregnes de tredimensjonale meteorologiske hastighetskomponentene (u, v, w) og vindhastighet og vindretning ut fra radiale hastigheter med korreksjoner for vertikale bevegelser.
Radar vindprofil
Pulse-Doppler radarvindprofiler fungerer ved hjelp av elektromagnetiske (EM) signaler for å registrere vind høyt. Radaren overfører en elektromagnetisk puls langs hver av antennens pekeretninger. En UHF-profil inkluderer undersystemer for å kontrollere radarens sender, mottaker, signalbehandling og Radio Acoustic Sounding System (RASS), hvis tilgjengelig, samt datatelemetri og fjernkontroll.
Overføringsvarigheten bestemmer lengden på pulsen som sendes ut av antennen, som igjen tilsvarer volumet av luft som er opplyst (i elektrisk form) av radarstrålen. Små mengder overført energi er spredt tilbake (referert til som tilbakespredning ) mot og mottatt av radaren. Forsinkelser med faste intervaller er innebygd i databehandlingssystemet slik at radaren mottar spredt energi fra diskrete høyder, referert til som rekkevidde porter. Den Doppler-frekvensforskyvning av det tilbakespredte energi er bestemt, og deretter brukt til å beregne hastigheten av luften mot eller bort fra radaren langs hver stråle som en funksjon av høyden. Kilden til den tilbakespredte energien (radar "mål") er småskala turbulente svingninger som induserer uregelmessigheter i radioens brytningsindeks . Radaren er mest følsom for spredning av turbulente virvler hvis romlige skala er ½ bølgelengden til radaren, eller omtrent 16 centimeter (cm) for en UHF-profil.
En radarvindprofiler med grenselag kan konfigureres til å beregne gjennomsnittlige vindprofiler i perioder fra noen få minutter til en time. Grenselagets radarvindprofiler er ofte konfigurert til å prøve i mer enn én modus. For eksempel, i en "lav modus", kan energipulsen som overføres av profilen være 60 m lang. Pulslengden bestemmer dybden til luftkolonnen som samples og dermed den vertikale oppløsningen til dataene. I en "høy modus" økes pulslengden, vanligvis til 100 m eller mer. Den lengre pulslengden betyr at det overføres mer energi for hver prøve, noe som forbedrer signal / støyforholdet (SNR) for dataene. Ved å bruke en lengre pulslengde øker dybden på prøvevolumet og reduserer dermed den vertikale oppløsningen i dataene. Jo større energiproduksjon i høymodus øker den maksimale høyden som radarvindprofileren kan prøve, men på bekostning av grovere vertikal oppløsning og en økning i høyden der de første vindene måles. Når radarvindprofilere brukes i flere moduser, blir dataene ofte kombinert i et enkelt overlappende datasett for å forenkle prosedyrer for etterbehandling og datavalidering.
Radarvindprofiler kan også ha ytterligere bruksområder, for eksempel i en biologisk sammenheng for å utfylle storskala fugleovervåkning.
Sodar vindprofil
Alternativt kan en vindprofiler bruke lydbølger for å måle vindhastighet i forskjellige høyder over bakken, og den termodynamiske strukturen i det nedre laget av atmosfæren . Disse brusene kan deles i monostatisk system ved hjelp av samme antenne for sending og mottak, og bi-statisk system ved bruk av separate antenner. Forskjellen mellom de to antennesystemene avgjør om atmosfærisk spredning er av temperatursvingninger (i monostatiske systemer), eller av både temperatur- og vindhastighetssvingninger (i bi-statiske systemer).
Mono-statisk antennesystemer kan deles videre i to kategorier: de som bruker multiple akse, enkeltantenner og de som bruker en enkelt faset array -antenne. Flerakssystemene bruker vanligvis tre individuelle antenner rettet i bestemte retninger for å styre den akustiske strålen. En antenne er generelt rettet vertikalt, og de to andre er vippet litt fra vertikalen i en vinkelrett vinkel. Hver av de enkelte antennene kan bruke en enkelt svinger som er fokusert i en parabolreflektor for å danne en parabolhøyttaler , eller en rekke høyttalerdrivere og horn ( transdusere ) som alle sender i fase for å danne en enkelt stråle. Både tiltvinkelen fra vertikal og azimutvinkel til hver antenne er fast når systemet er satt opp.
Den vertikale rekke sodars er omtrent 0,2 til 2 kilometer (km), og er en funksjon av frekvens, effekt, atmosfærisk stabilitet, turbulens , og, viktigst av alt, støy i omgivelsen i hvilken et SODAR blir betjent. Driftsfrekvenser varierer fra mindre enn 1000 Hz til over 4000 Hz, med effektnivåer opptil flere hundre watt. På grunn av dempningsegenskapene til atmosfæren, høy effekt, lavfrekvente sodar vil generelt gi større høydedekning. Noen sodar kan brukes i forskjellige moduser for bedre å matche vertikal oppløsning og rekkevidde til applikasjonen. Dette oppnås gjennom en avspenning mellom pulslengde og maksimal høyde.
Referanser
Denne artikkelen inneholder materiale fra offentlig domene fra USAs regjeringsdokument : " Meteorological Monitoring Guidance for Regulatory Modelling Applications ".
Eksterne linker
- Offisiell NOAA vindprofil-søkeside Se sanntid (og 12-timers historie) grafiske visninger av vindretning og hastighet fra bakkenivå opp til 17 km over havet (med intervaller på 1 km). Klikk på en hvilken som helst stjerne eller prikk, og klikk deretter på "få plot" til venstre.