9.4. Rádió-akusztikus szondázó rendszer (RASS)

A rádió-akusztikus szondázó rendszerrel (Radio-Acoustic Sounding System – RASS) az alsó troposzféra szélviszonyai és virtuális hőmérsékleti profilja mérhető.

A virtuális hőmérséklet (Tv) az a hőmérséklet, melyet a száraz levegőnek p nyomáson fel kell vennie, hogy sűrűsége egyenlővé váljon a nedves levegő sűrűségével:

,

(9-6)

ahol r a vízgőz keverési aránya, T a léghőmérséklet.

A rádió-akusztikus szondázó rendszer egy rövid, nagy intenzitású hangimpulzust tapogat le egy mikrohullámú Doppler radarral (9.11. ábra).

A hanghullám longitudinális, ami terjedése során kis sűrűség változásokat okoz a környező levegőben. A sűrűségváltozások a helyi törésmutató változását okozzák, ami a módosítja a Doppler radar által kibocsátott elektromágneses hullám szóródását és a visszaverődését. Ezt mérjük, vagyis a törésmutató perturbációjának a terjedési sebességét, ahogy a hanghullámmal együtt emelkedik.

A hanghullám terjedéséből a virtuális hőmérséklet megadható, mert ez arányos az impulzus terjedési sebesség és a vertikális sebesség különbségének négyzetével.

A RASS (Radio-Acoustic Sounding System – Rádió-akusztikus szondázó rendszer működési elve

9.11. ábra: A RASS (Radio-Acoustic Sounding System – Rádió-akusztikus szondázó rendszer működési elve. A SODAR hanghullámokat bocsát ki a légkörbe, ami terjedése során kis sűrűség változásokat okoz a környező levegőben. A sűrűségváltozások a helyi törésmutató változását okozzák, ami a módosítja a Doppler radar által kibocsátott elektromágneses hullám szóródását és a visszaverődését.

A kibocsátott jel frekvenciája függvényében a letapogatható magasság 1 és 8 km között változik (9.5. táblázat)

9.5. táblázat: RASS (Rádió-akusztikus szondázó rendszer) rádióadója által használt frekvenciák és a mérendő légköri tartományok

Frekvencia

Mérési magasság

2000 Hz

1 – 2 km

900 Hz

2 –4 km

110 Hz

4 –8 km

A RASS elnőnye, hogy folyamatos mérés végezhető vele, valamint a virtuális hőmérsékletet nagy pontossággal képes mérni (0,3°C pontossággal), 100–300 m-es felbontásban. Ez nagyobb pontosság, mint rádiószondák esetében, de rossz időjárási körülmények között nagyjából egyforma pontos a két mérés.

A 9.12. ábrán az Országos Meteorológiai Szolgálat szegedi meteorológiai állomásán található Waisala Lap 3000 típusú RASS (Rádió-akusztikus szondázó rendszer) látható.

Az Országos Meteorológiai Szolgálat szegedi meteorológiai állomásán található Waisala Lap 3000 típusú RASS (Rádió-akusztikus szondázó rendszer)

9.12. ábra: Az Országos Meteorológiai Szolgálat szegedi meteorológiai állomásán található Waisala Lap 3000 típusú RASS (Rádió-akusztikus szondázó rendszer)

9.5. Mikrohullámú rádióméter

A mikrohullámú rádióméter a légkör hősugárzását méri a mikrohullámú tartományban. Ennek elsődleges eredete a légköri oxigén, vízgőz, és folyékony víz. A kisugárzás függ ezen anyagok hőmérsékletétől és térbeli eloszlásától.

Az oxigén vertikális eloszlása jól ismert. A sugárzása elsődlegesen a légkör hőmérsékleti viszonyairól szolgáltat információt (a mérés 60 GHz körüli frekvencián történik). A vízgőz, folyékony víz által érkező jeleket 21 GHz és 32 GHz közül mérik.

A méréshez ismerni kell a felszíni légnyomást.

A frekvencia változtatásával a kívánt magasságról kapunk információt.

A módszer előnye itt is a folyamatos mérés, hátránya viszont a kis térbeli felbontás (körülbelül 500 m), valamint csak az alsó 2–3 kilométeréről szolgáltat érdemi információt a hőmérsékletről.

Víz esetében a teljes légoszlop vízgőz, illetve folyékony víztartalmát tudja mérni.

9.6. Lézer radar (LIDAR)

A LIDAR a egy lézer által generált elektromágneses energiát bocsát ki a látható és a látható-közeli tartományban. A kibocsátott sugárzás szóródik a légköri gázokon és aeroszol részecskéken (9.13. ábra). Az optikai szóródás lehet rugalmas, vagy rugalmatlan.

  1. Rugalmas szóródás:

    Rayleigh, Mie: Ez a molekulák, vagy aeroszolok méretétől függ.

  2. Rugalmatlan szóródás:

    Ha a kibocsátott lézer energiájának hullámhossza eltér a visszaverődő sugárzástól.

    Ez az ún. Raman-szóródás (a kibocsátott lézersugár, valamint a molekulák forgási és rezgési energiája között fellépő kölcsönhatás miatt változik a hullámhossz)

Mindkét fajta szóródás egyidejűleg fennáll a légkörben.

LIDAR (lézer radar) működési elve

9.13. ábra: LIDAR (lézer radar) működési elve

A LIDAR-ok többsége monostatikus módban működik, vagyis a kibocsátó és jelfogadó egy helyen található. A lézer kibocsát egy pulzust, aminek a visszaverődését a közelében elhelyezett optikai teleszkóp érzékeli. Ezt a jelet felerősítik, és megjelenítik, tárolják. A visszaérkező jel erőssége függ a szóródás mértékétől és a szóródást előidéző anyag, valamint a műszer közti gyengüléstől. Ez a kibocsátott jel erősségétől és a légköri gázok elnyelésétől függ.

A rugalmas szóródáson alapuló lézer radarok az alábbi célokra használhatók:

  1. felhőzet vizsgálata,

  2. aeroszolok eloszlása,

  3. felhőalap meghatározására,

  4. termikus stabilitási viszonyok meghatározása,

  5. inverzió magasságának meghatározása,

  6. ha nincs csapadék, a légrészecskék mozgásából a szélsebesség is meghatározható,

  7. nyomanyag koncentrációk meghatározása.

A légköri, sztratoszférikus aeroszol részecskék vizsgálatára elsősorban a lidarokat használják. Kimutatható a vulkánkitörések hatása, amiből a sugárzás gyengülése megadható. Jóval nehezebb mennyiségi adatokat nyerni a felhőzetről, mert nehéz elkülöníteni az egyes halmazállapotokat.

DIAL (Differential Absorption Lidar) - megkülönböztetett elnyelési radar:

A légköri gázok elnyelési együtthatója nagyon tág határok között változik. A DIAL rendszer általában két frekvenciát használ, egyet, amelyen az adott gáz elnyel, és egy másikat, amit nem. Ebből az adott gáz mennyiségére lehet következtetni.

Alkalmas a következő gázok vizsgálatára:

  1. vízgőz,

  2. kén-dioxid,

  3. nitrogén-dioxid,

  4. ózon.

Doppler LIDAR (Doppler Wind Lidar-DWL):

A LIDAR-ok azon csoportja, mely a légköri szélviszonyok feltérképezésére alkalmas.

A LIDAR-ok hátránya, hogy drágák, némelyik csak sötétben, vagy csapadékmentes időben tud dolgozni. Előnyük a széles alkalmazási terület. Elsősorban kutatási célból használják.

Irodalomjegyzék

Atlas, D. (szerkesztő). 1990. Radar in Meteorology. American Meteorological Society. 806 pp.

Bíróné Kircsi, A. és Hadnagy, I.. 2013. Szélsebesség területi modellezése és verifikációja Debrecen példáján. Az elmélet és a gyakorlat találkozása a térinformatikában IV. Térinformatikai konferencia és szakkiállítás konferencia kiadványkötete. 135–142. ISBN: 978-963-318-334-2.

Dombai, F.. 2006. Hazai villámlás lokalizációs és radar adatok összehasonlító elemzése doktori értekezés. Földtudományi Doktori Iskola, Budapest.

Dombai, F.. 2009. Országos Meteorológiai Szolgálat időjárási radarhálózatának mérései. OMSZ kiadvány, http://www.met.hu/ismertetok/radar_ismerteto.pdf.

Geresdi, I.. 2004. Felhőfizika. Dialóg Campus Kiadó.

Marshall, J.S. és Palmer, W.M.. 1948. The distribution of raindrops with size. Journal of Meteorology. 5. 165–166.

Nagy, J., Gyarmati, Gy., és Dombai, F.. 1998. Radarok az időjárás megfigyelésében. Természet Világa. 1998/1. különszáma. 25–27.

Probert-Jones, J.R.. 1962. The radar equation in meteorology. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. Volume 88. pp. 485–495.

Szegedi, Cs.. 2012. Jégesős folyamatok polarizációs karakterisztikáinak vizsgálata az OMSz DWSR 2501 C időjárási radarral Diplomamunka. Eötvös Loránd Tudományegyetem, Meteorológiai Tanszék, Budapest.

World Meteorological Organization. 2008 (WMO, 2008). Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation. WMO-No. 8. Geneva. ISBN 978-92-63-10008-5.