Метеословарь — глоссарий метеорологических терминов

	Р

Радуга – оптическое явление в атмосфере, возникающее при преломления, отражении и дифракции света в водяных каплях. Радуга представляет собой большую дугу, видимую на фоне дождевого облака, в случае, когда солнце находится невысоко над горизонтом в противоположной стороне неба.

Радуга имеет радиус 42°. Внешняя часть радуги окрашена в красный цвет, внутренняя – в фиолетовый. Часто с внешней стороны основной радуги наблюдается вторичная радуга с обратным чередованием цветов ее радиус около 53°.

Иногда наблюдаются еще дополнительные дуги, располагающиеся с внутренней стороны основной и окрашенные в разные цвета. Общий центр всех дуг в радугах лежит на линии, проходящей через солнце и глаз наблюдателя. При наблюдениях в горах или с самолета иногда удается наблюдать радугу в виде почти полной окружности.

Лучистая энергия Солнца является основным, а практически единственным источником тепла для поверхности Земли и для ее атмосферы. Радиация, поступающая от звезд и от Луны, ничтожно мала по сравнению с солнечной радиацией. Также ничтожно мал и поток тепла, направленный к земной поверхности и в атмосферу из глубин Земли.

Часть солнечной радиации представляет собой видимый свет. Тем самым Солнце является для Земли источником не только тепла, но и света, важного для жизни на земной поверхности.

Лучистая энергия Солнца превращается в тепло отчасти в самой атмосфере, но главным образом на земной поверхности. Она идет здесь на нагревание верхних слоев почвы и воды, а от их и воздуха. Нагретая земная поверхность и нагретая атмосфера в свою очередь сами излучают невидимую инфракрасную радиацию. Отдавая эту радиацию в мировое пространство, земная поверхность и атмосфера охлаждаются.

В метеорологии принято выделять коротковолновую и длинноволновую радиацию. Коротковолновой называют радиацию в диапазоне длин волн от 0,1 до 4 мк. Она включает, кроме видимого света, еще ближайшую к нему по длинам волн ультрафиолетовую и инфракрасную радиацию. Солнечная радиация на 99% является такой коротковолновой радиацией. К длинноволновой радиации относят радиацию земной поверхности и атмосферы с длинами волн от 4 до 100-120 мк.

Интенсивность солнечной радиации перед вступлением ее в атмосферу (на верхней границе атмосферы) называют солнечной постоянной. Она относится к радиации, на которую атмосфера еще не повлияла. Солнечная постоянная, зависит, таким образом, только от излучательной способности Солнца и от расстояния между Землей и Солнцем.
Стандартное значение солнечной постоянной по международному соглашению – 1.98 кал/см²мин.

Проходя сквозь атмосферу, солнечная радиация частично рассеивается атмосферными газами и аэрозольными примесями к воздуху и переходит в особую форму рассеянной радиации. Частично же она поглощается молекулами атмосферных газов и примесями к воздуху и переходит в теплоту, идет на нагревание атмосферы.
Нерассеянная и непоглощенная в атмосфере прямая солнечная радиация достигает земной поверхности. Она частично отражается от земной поверхности, а в большей степени поглощается ею и нагревает ее. Часть рассеянной радиации также достигает земной поверхности, частично от нее отражается и частично ею поглощается. Другая часть рассеянной радиации уходит вверх, в межпланетное пространство.

Радиозонд — аэрологический прибор, измеряющий давление, температуру и влажность воздуха и автоматически передающий по радио на Землю значения этих метеорологических элементов с разных высот во время подъёма в атмосфере.

Радиозонд состоит из приёмников — чувствительных элементов (датчиков), преобразователей, превращающих малые перемещения чувствительных элементов в электрические величины, кодового устройства и лёгкого коротковолнового передатчика. Поднимается радиозонд на шаре — оболочке для радиозондов на высоту до 30-40 км.

При подъёме радиозонд автоматически посылает кодированные сигналы, соответствующие показаниям прибора. Сигналы принимаются радиоприёмником в месте выпуска. Дальность действия радиозонда около 150-200 км. Радиозонд широко применяется при вертикальном зондировании атмосферы.
Первый радиозонд был сконструирован советским учёным П.А.Молчановым в 1930.

Дополнительно. «Энциклопедия Долгопрудного»
За семьдесят лет своего развития радиозондирование атмосферы прошло целый ряд качественных этапов, которые характеризовались увеличением высоты, автоматизации измерений и обработки данных. Совершенствование техники и метода радиозондирования атмосферы всегда было тесно связано с развитием радиоэлектроники и отражало достижения в этой области.

В первые же годы радиозонд был существенно усовершенствован самим П.А.Молчановым и его ближайшими сотрудниками (А.А.Ершовым, Б.М.Лебедевым и др.). Прежде всего, была снижена масса прибора, что обеспечивало большую высоту зондирования. Для высотных стратосферных наблюдений был сконструирован облегченный радиозонд массой 560 г. Большим достижением было введение измерений влажности воздуха (1933 г.).

Система радиозондирования А-22 — «Малахит» (1957г.) была первой системой, в которой объединены измерения температуры, давления, влажности, скорости и направления ветра и одновременно повышена их точность.
Создание комплексной системы зондирования атмосферы РКЗ — «Метеор» основанной на принципе использования сигнала радиолокационного ответчика для измерения дальности, позволило повысить надежность аэрологического зондирования, а применение электрического датчика температуры (терморезистора) уменьшило ошибки измерений температуры на больших высотах. В ней впервые был автоматизирован процесс измерения и регистрации координат радиозонда и телеметрической информации.

Развитие электронно-вычислительной техники позволило автоматизировать трудоемкую обработку данных. Кустовая централизованная система «Атмосфера» для обработки данных, поступающих от системы зондирования «Малахит», позволила накопить первый опыт в этом направлении, а разработка комплекса «ОКА-3» для централизованной обработки данных системы зондирования РКЗ — «Метеорит» позволила впервые внедрить автоматическую обработку в оперативную практику зондирования на целом ряде аэрологических станций.

Следующим крупным шагом в совершенствовании системы радиозондирования явилась разработка в период 1980-90гг. новой системы радиозондирования АВК-1-МРЗ. С помощью АВК-1 производится автономная автоматизированная обработка данных радиозондирования непосредственно на аэрологических станциях вплоть до выдачи стандартных аэрологических телеграмм с дальнейшей передачей подготовленных данных в центры сбора информации.

Первые радиолокационные станции, которые поступили метеорологам после войны, могли обнаруживать только кучево-дождевые облака с опасными явлениями. Несколько десятилетий ушло на их модернизацию и разработку измерительных схем, которые могли извлекать информацию не только из высоты радиоэха, но и из результатов отраженных от облаков сигналов. Возможность наблюдать появление опасных явлений, рассчитывать их скорость и направление перемещения надолго позволили МРЛ занять лидирующие позиции в штормовом оповещении.

Метеорологический радиолокатор уже 60 лет является незаменимым прибором для обнаружения явлений, которые сопутствуют конвективным облакам – гроз, града, ливней, шквалов.

Метеорологические некогерентные радиолокаторы определяют ОЯ (опасные явления) по косвенным признакам – измерениям высоты верхней границы радиоэха и отражаемости кучево-дождевой облачности, и принимают решение с помощью радиолокационных критериев опасности.

Периодичность обновления стыкованной карты сети неавтоматизированных МРЛ один раз в три часа устраивала не всех потребителей. Работы по автоматизации процессов наблюдения на МРЛ по началу раз в час, затем каждые 30 минут и, наконец, каждые 15 минут заняли в общей сложности три десятилетия.

В республике Беларусь наблюдения проводятся на трех радиолокаторах: аэропорт Минск-2 (1987 года выпуска, модернизированн в 2003 г.), аэропорт г. Брест (МРЛ-5 1991 г. выпуска, автоматизирован в 2006 г) и в городе Гомель на МРЛ-2 (1975 г. выпуска).

В 2009 году в аэропорту Минск-2 взамен МРЛ-5 установлен доплеровский МРЛ «Meteor 500-С». В апреле 2011 г. «Meteor 500-С» введен в оперативную работу. Новый ДМРЛ работает в автоматическом режиме, что позволяет полностью сканировать радиолокационное пространство каждые 15 минут.

Минск-2. МРЛ-5 и ДМРЛ Метеор 500-С

Приёмо-передатчик и антенный блок ДМРЛ Метеор 500-С на вышке высотой 30 метров

Установка алгоритма сканирования пространства и последущая обработка первичных радиолокационных данных производится специальным программным комплексом. В Бресте – это «АКСОПРИ», в Минске – «Метеор-Метеоячейка» разработки ИРАМ и «Rainbow» разработки Selex Sistems. В Гомеле - «Rainbow» разработки Selex Sistems.

МРЛ-5 – некогерентный метеорологический радиолокатор. Данный МРЛ определяет ОЯ (опасные явления) по косвенным признакам – измерениям высоты верхней границы и отражаемости сигнала от облачности и принимает решение с помощью радиолокационных критериев опасности. Радиус обнаружения опасных явлений этими МРЛ не превышает 200 км. Таким образом, три МРЛ «обслуживают» до 2/3 территории РБ.

Внедрение взамен устаревших МРЛ-2 и МРЛ-5 более современных автоматизированных доплеровских радиолокаторов, позволяет получать информацию об облаках и осадках в режиме реального времени. Доплеровские МРЛ позволяют получать информацию о ветровом режиме как в облаке, так и вне его, т.е., при «чистом небе».

Доплеровские МРЛ позволяют улучшить предсказания о сдвиге ветра, что важно для полетов авиации, существенно улучшить обнаружение шквала, смерча, града, точно прогнозировать количество осадков.

Для получения радиолокационной информации со всей территории РБ и с территории прилегающих к республике стран-соседей требуется установка, по крайней мере, еще двух МРЛ – в г. Гродно и в г. Витебске.

В настоящее время передача радиолокационных данных с ДМРЛ Минск-2 и МРЛ Брест потребителям происходит в двоичном коде BUFR FM-94. Наряду с этим, для совместимости c сетью неавтоматизированных радаров радиолокационная информация кодируется также кодом RADOB. RADOB – старый код, описывающий поле радиоэхо с дискретностью 60х60 км. Поступает на узлы связи в виде обычных буквенно-цифровых телеграмм.

Принцип действия радиолокатора

Электромагнитная энергия сверхвысокочастотного диапазона радиоволн (обычно в диапазоне длин волн λ=1…10 см) излучается в виде кратковременных импульсов (τ=1…2 мкс) большой, свыше 100 КВт мощности. Излучение импульсов происходит узконаправленной параболической антенной, которая фокусирует электромагнитное излучение в весьма узкий радиолуч с шириной диаграммы направленности, как правило, не более 0.5 градуса.
Когда импульс встречает на своем пути цель, часть его энергии рассеивается по направлению к приемнику, обычно располагающегося рядом с передатчиком и работающего вместе с ним на одну антенну.

Принятый сигнал, или радиоэхо, очень слаб по сравнению с посылаемым импульсом. После значительного его усиления, сначала антенной, а затем приемником, и после детектирования поступает на устройство визуального отображения информации. В простейшем случае устройство визуального отображения информации, – это электронно-лучевая трубка (ЭЛТ).

Временная развертка ЭЛТ запускается синхронно с импульсом передатчика, в промежутке между импульсами передатчика приемник работает на прием. Таким образом, отраженный от цели сигнал появляется на некотором расстоянии от начала развертки. Расстояние от начала развертки, представляет собой промежуток времени, необходимый для прохождения лучом двойного пути между приемно-передающим устройством и отражающей его целью. Положение отражаемого сигнала характеризует удаление до цели, а если известны угол места и азимут луча, излучаемого антенной, то можно определить положение цели в пространстве.

Данные МРЛ

Беларусь, Украина, РФ: радиолокационные карты метеоявлений и стыкованная карта МРЛ.

Радар Пулково. Ежечасно.

Стыкованная анимационная карта метеоявлений. Запад СНГ.

Радары Скандинавии.

Система доплеровских МРЛ США «Doppler Radar National Mosaic».

Авиационная разведка погоды – вспомогательное средство получения метеорологической информации. При авиационной разведке погоды прежде всего получают информацию об облачности (нижней и верхней границах), турбулентности, обледенении. Информация поступает на наземные пункты непосредственно с воздушных судов.

Процесс возникновения и развития турбулентности — один из самых сложных процессов, происходящих в свободной атмосфере. Для характеристики микрометеорологических свойств стратифицированной атмосферы используется число Ричардсона — Ri.

Здесь h — вертикальная координата, g — ускорение силы тяжести, T и V — средние значения температуры и скорости ветра, γ_a=0.01°/м — сухоадиабатический градиент.

В зависимости от числа Ri принято различать неустойчивую (Ri<0, dT/dh<-γ_a), устойчивую (Ri>0, dT/dh>-γ_a) и безразличную (Ri=0, dT/dh=-γ_a) стратификацию атмосферы.

Роса – осадок в виде мельчайших частиц капель воды, выделяющихся на поверхности земли и на предметах из соприкасающегося с ним воздуха при их температуре выше 0°C.