ساختارهای جوی تروپوسفر نشان داده شده با تصاویر با کیفیت گرفته شده از رادارMU
چکیده
رادارهای باند VHF استراتوسفر / تروپوسفر (ST)در حالت تصویر برداری پیوسته فعالیت نمی کنند. همچنین، کیفیت فیزیکی تصاویر گرفته شده حدود 150m است. تنها استثنای موجود مربوط به رادار میان جوی و فرا جوی دانشگاه کیوتو (MU) در ژاپن است. تصویر برداری پیوسته با استفاده از اختلاف فرکانس در سال 2005 در این مرکز انجام شد و از آن پس مورد استفاده قرار گرفت. در طول مدت انجام آزمایش ها توسط رادار UAV شیگاراکی در بهار / تابستان 2015، 2016 و 2017، رادارMU در حالت تصویر برداری پیوسته عمل کرد تا کیفیت بالا برای تصاویر گرفته شده در فاصله 20 متر در برابر نسبت سیگنال به صدا (SNR) ایجاد شود. تصاویر زمینه ای کاپون نشان دهنده اختلاف در ساختار جوی در رطوبت جو همراه با جرئیات کامل هستند. این تصاویر برای توسعه سنسورها در خودروهای هوایی بدون سرنشین (UAV) و بررسی این ساختارها در قالب زمان بسیار مفید هستند. هدف این تحقیق، ارائه و بحث در مورد چنین ساختارهایی درجو است تا بتوان با ارائه دینامیک ها چشم انداز جامعی ارائه کرد. این ساختارها شامل امواج کلوین – هلمهولز (K –H) تولید شده توسط بی ثباتی کششی، لایه های موجی تولید شده میان ابری (MCT) و بی ثباتی های حاصل از همرفتی در جو مرطوب، لایه مرزی همرفتی(CBL) و ساختارهای لایه ای & صفحه ای( S&L) می باشند که در ستون جوی طبقه بندی شده اند. فیلم های بدست آمده از تصاویر رادار که در طول کمپین های سال های 2015 و 2016 گرداوری شده اند در فایل ضمیمه 1 ارائه شده اند تا بتوان با استفاده از آنها تکامل متغیر و جالب ساختارهای جوی را در رادار MU تشریح کرد.
مقدمه
رادار جو میانی و بالا (MU) یک رادار داپلر VHF است که در 46.5 مگاهرتز عمل می کند (طول موج 6.45 متر- طول باند 46.5 مگاهرتز و انرژی خروجی 1MW). این رادار در منطقه شیگاراکی ژاپن قرار گرفته است که در (34.854061° N, 136.105606° E), 378m از سطح دریا قرار دارد ( ASL). در طول مدت برگزاری کمپین ShUREX، رادار با استفاده از اختلاف فرکانس در حالت تصویر برداری پیوسته عمل می کند (که توسط لاک و همکارانش در سال 2001 تحت عنوان Fll نامیده شده است) و در شیب عمودی در سال 2015 و سه جهت در سال های 2016 و 2017 مورد استفاده قرار گرفته اند. فرکانس های مورد استفاده بین 45.5 و 47.0 مگاهرتز قرار دارند که از یک پالس تا پالس دیگر متغیر هستند و منجر به تولید تصاویر با کیفیت~ 20m در مقایسه با حالت معمولی ~ 20m می شوند. تصویر برداری ذکر شده در شرایط عملکرد طبیعی (حالت غیر پیوسته) و برای 10 درصد پایین تر (شمال – جنوب – شرق و غرب) مورد استفاده قرار می گیرند که همگی دارای فرکانس 46.5 مگاهرتز هستند. در حالت تصویر برداری پیوسته، چون سیستم کنترل کننده باعث القای فرکانس های مختلف می شود، تعداد نهایی امواج برنامه ریزی شده برابر 10 یا 15 موج می باشند. پنج فرکانس مختلف (40- 45.5 – 46 – 46.5 و 47( مورد استفاده قرار گرفتند که این فرکانس ها در زیر و راستای جهت های دیگر ایجاد می شوند (شرق در سال 2015 و شمال در سال 2016). این مطلب بیان می کند که تصاویر با کیفیت کاپون بسیار دقیق هستند و بنابراین، ویژگی های جوی نشان داده شده توسط این تصاویر واقعی هستند. بنابراین، ساختارهای ریز نشان داده شده در تصاویر پیوسته مثل لایه ها و صفحات (S& L) جعلی نیستند. این نکته برای پذیرش و استفاده از تصاویر معمولی رادارهای ST در سراسر جهان ضروری می باشد.
Abstract
VHF band stratosphere/troposphere (ST) radars around the globe are seldom operated in range-imaging mode. As such, the typical range resolution of their backscatter images is about 150 m. The only exception is the Kyoto University’s Middle and Upper Atmosphere (MU) radar in Shigaraki, Japan. Range imaging using frequency diversity was implemented there in 2005 and has often been used since then. During the Shigaraki UAV Radar Experiment (ShUREX) campaigns in the spring/summers of 2015, 2016, and 2017, the MU radar was operated in range-imaging mode to provide a range resolution of typically 20 m, for good signal to noise (SNR) ratios. The resulting Capon backscatter images revealed a variety of atmospheric structures in the moist troposphere in great detail. They were also quite useful in deploying in situ sensors on board unmanned aerial vehicles (UAVs) to probe such structures in near real time guided by the images. The goal of this paper is to present and discuss some such structures of interest to atmospheric dynamics collectively, to provide an overarching view. They include Kelvin-Helmholtz (KH) billows generated by shear instability, mid-level cloud-base turbulence (MCT) layers generated by convective instability in a moist troposphere, convective boundary layer (CBL), and sheet and layer (S&L) structures in a stably stratified atmospheric column. Videos of radar images collected during the 2015 and 2016 campaigns are included as Additional file 1 to demonstrate the fascinating, ever-changing evolution of atmospheric structures over the MU radar.
Introduction
The Middle and Upper atmosphere (MU) radar is a Doppler-pulsed VHF radar operating at 46.5 MHz (6.45 m radar wavelength, 3.5 MHz bandwidth and 1 MW peak output power). It is located at Shigaraki, Japan (34.854061° N, 136.105606° E), 378 m above sea level (ASL). During the Shigaraki UAV Radar Experiment (ShUREX) campaigns, the radar was operated in range-imaging mode, using frequency diversity (called FII by Luce et al. 2001) at vertical incidence in 2015 and three directions in 2016 and 2017, using five closely spaced frequencies between 45.0 and 47.0 MHz switched pulse to pulse, resulting in a high vertical resolution of ~ 20 m typically, compared to ~ 150 m in the normal operational mode. Under normal operation (non-range-imaging mode), five principal beams, one zenith, and four 10° off zenith (north, south, east, and west) are used, all at 46.5 MHz frequency. In the range-imaging mode, because the radar controller system imposes that the number of beams must be a multiple of the frequency number used, a total of 10 or 15 beams was programmed: five different frequency (45.0, 45.5, 46.0, 46.5, 47.0 MHz) beams along the zenith and along one or two other off -zenith directions (east in 2015 and east and north in 2016) were used. Luce et al. (2018a) have demonstrated that the high-resolution Capon images that range imaging produces are devoid of any “ghosts,” and therefore, the atmospheric features visible in the images are real. Therefore, the fine structures revealed by range imaging, such as the sheet and layer (S&L) structures (see below), are not spurious. This point is essential to the wide-spread acceptance and use of range imaging in routine operations of ST radars around the world.
چکیده
مقدمه
روش ها/ آزمایشات
نتایج و بحث
ساختارهای رایج جوی مشاهده شده در طول کمپین های shUREX
لایه های نوسانی و همرفتی در سطوح میانی ابرها
ساختارهای موجی و بی ثباتی کلوین – هلمهولتز
لایه مرزی همرفتی
ساختارهای لایه و صفحه (S&L)
سازه های دارای نوسانات موجی
نتیجه گیری ها
منابع
Abstract
Introduction
Methods/Experimental
Results and discussion
Typical atmospheric structures seen during ShUREX campaigns
Mid-level cloud-base turbulent convective layers
Kelvin-Helmholtz instability and billow structures
Convective boundary layer
Sheet and layer (S&L) structures
Structures with wave-like oscillations
Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه