Большая советсткая энциклопедия Радиолокация в метеорологии

Радиолокация в метеорологии

Радиолокация в метеорологии, применение радиолокации для метеорологических наблюдений и измерений, основанное на рассеянии радиоволн гидрометеорами, диэлектрическими неоднородностями воздуха, сопутствующими атмосферными явлениям, частицами аэрозоля и др. Кроме того, пользуются искусственными отражателями (рассеивателями), выбрасываемыми в атмосферу, типа метализированных иголок размером ~ l/2, где l — длина волны, а также специальными радиолокационными отражателями или активными ответчиками — миниатюрными радиопередатчиками, поднимаемыми на шарах-зондах.

Отражения радиоимпульсов от турбулентных и инверсионных слоев в тропосфере впервые отмечены в 1936 Р. Колвеллом и А. Френдом (США) на средних и коротких волнах. Первые сообщения об обнаружении осадков с помощью радиолокаторов сантиметрового (СМ) диапазона относятся к началу 1941 (Великобритания). В 1943 в США А. Бентом и др. были организованы первые оперативные наблюдения за ливнями и грозами. В СССР В. В. Костаревым в 1943 начаты измерения скорости и направления ветра в высоких слоях атмосферы путём прослеживания движения шаров-зондов с пассивными отражателями.

При помощи радиолокаторов обнаруживаются облака, осадки, области повышенных градиентов температуры и влажности, ионизированные следы молниевых разрядов и др. Из радиолокационных наблюдений получают информацию о пространственном положении, перемещении, структуре, форме и размерах обнаруживаемых объектов, а также их физических свойствах. При рассеянии радиоволн на частицах облаков и осадков в случае, когда размеры r этих частиц малы по сравнению с длиной волны l (рэлеевское рассеяние), величина радиолокационного сигнала ~ r⁶/l⁴. Столь сильная зависимость величины отражённого сигнала от размера частиц приводит к тому, что при радиолокационном наблюдении за облаками и осадками выделяются наиболее крупнокапельные области, поэтому радиолокационные изображения не всегда совпадают с визуальными размерами объекта. Интенсивность рассеянных сигналов резко убывает с увеличением l, кроме того, на миллиметровых (ММ) и более коротких волнах сигнал сильно ослабляется, что ограничивает диапазон частот метеорологических радиолокаторов, которые поэтому, как правило, работают в СМ и ММ диапазонах волн.

Между средней мощностью отражённых сигналов и интенсивностью осадков установлены эмпирические соотношения, на основании которых определяют распределение интенсивности и количества выпадающих осадков на площади радиолокационного обзора. Более высокая точность измерения интенсивности осадков и водности облаков достигается при измерении ослабления радиоволн. Для определения ослабления радиоволн используют двухволновые радиолокаторы. Если l сравнима с размером частицы, закон рассеяния существенно отличается от рэлеевского, и при известной частотной зависимости ослабления радиоволн измерения отражённых сигналов на нескольких длинах волн позволяют оценить размеры частиц осадков. Для несферических частиц вероятность рассеяния зависит от их формы и ориентации. По степени деполяризации отражённых сигналов можно судить о форме частиц облаков и осадков и, следовательно, об их агрегатном состоянии. Движение рассеивателей приводит к смещению частоты отражённых сигналов вследствие эффекта Доплера. Измерение доплеровского смещения частоты, а также др. параметров спектра радиолокационных сигналов, отражённых от облаков и осадков, крупных частиц аэрозоля, искусственных рассеивателей, позволяет исследовать структуру различных движений в атмосфере (ветер, турбулентность, упорядоченные вертикальные потоки). С помощью высокочувствительных радиолокационных станций обнаруживаются области повышенных градиентов показателя преломления, связанные с образованием устойчивых слоев в приземном и пограничном слоях атмосферы, а также с зонами интенсивной турбулентности при "ясном" небе на высотах до 10—15 км. Интенсивность турбулентности в "ясном" небе оценивается по величине отражённых сигналов, а также по ширине их спектра, обусловленного доплеровским смещением.

Благодаря применению Р. в м. оперативные данные о ветре на различных высотах получают при любых условиях погоды. Скорость и направление ветра вычисляются по измеренным координатам радиопилота. Определение ветра часто производится одновременно с измерением температуры, давления, влажности и др. параметров атмосферы, поэтому созданы радиолокационные станции для комплексного зондирования атмосферы, которые позволяют определять координаты радиозонда по сигналам его передатчика-ответчика и принимать телеметрическую информацию о метеорологических элементах.

Лит.: Атлас Д., Успехи радарной метеорологии, пер. с англ., Л., 1967; Степаненко В. Д., Радиолокация в метеорологии, Л., 1966; Радиолокационные измерения осадков, Л., 1967; Калиновский А. Б., Пинус Н. З., Аэрология, ч. 1, Л., 1961.

А. А. Черников.