Терминальный доплеровский метеорологический радар (TDWR) — это доплеровская метеорологическая радиолокационная система с трехмерным «карандашным лучом», используемая в первую очередь для обнаружения опасных условий сдвига ветра , осадков и ветров на высоте в крупных аэропортах и вблизи них, расположенных в климатических условиях с сильным воздействием грозы в США. [1] По состоянию на 2011 год все они находились в эксплуатации с 45 действующими радарами, некоторые из которых охватывали несколько аэропортов в крупных мегаполисах США и Пуэрто-Рико. [2] [3] Несколько аналогичных метеорологических радаров также были проданы в другие страны, такие как Китай ( Гонконг ). [4] [5] Технология TDWR, финансируемая Федеральным управлением гражданской авиации США (FAA), была разработана в начале 1990-х годов в лаборатории Линкольна , входящей в состав Массачусетского технологического института , для оказания помощи авиадиспетчерам путем предоставления данных о сдвиге ветра в реальном времени. данные обнаружения и осадков с высоким разрешением. [6]
Основное преимущество TDWR по сравнению с предыдущими метеорологическими радарами заключается в том, что он имеет более высокое разрешение по дальности, то есть может видеть меньшие участки атмосферы. [1] Причиной такого разрешения является то, что TDWR имеет более узкий луч, чем традиционные радиолокационные системы, и что он использует набор алгоритмов для уменьшения помех от земли . [6]
TDWR использует несущую волну в диапазоне частот 5600–5650 МГц ( длина волны 5 см ), с узким лучом и угловым разрешением 0,5 градуса, имеет пиковую мощность 250 кВт. Что касается отражательной способности, разрешение по расстоянию составляет 150 метров (500 футов) в пределах 135 километров (84 миль) от радара и 300 метров (1000 футов) на расстоянии от 135 километров (84 миль) до 460 километров (290 миль) до радара. [1] Причина этой разницы заключается в том, что, поскольку разрешение по ширине является угловым, на большей дальности ширина луча становится довольно большой, и для получения лучшего усреднения данных в объеме разрешения необходимо увеличить количество импульсов дальности. бункеры . Это отсечение произвольно установлено для программного обеспечения на уровне 135 километров (84 миль).
Данные о лучевых скоростях доступны на расстоянии до 90 километров (56 миль) от радара с полным угловым разрешением 0,5 градуса и разрешением по дальности 150 метров (490 футов). [1] Из-за используемой частоты повторения импульсов (PRF) происходит наложение спектров , и максимальная однозначная скорость составляет от 20 до 30 узлов (от 23 до 35 миль в час; от 37 до 56 км/ч). [1]
TDWR может выполнять приповерхностное сканирование под углом наклона 0,1-0,3 градуса от поверхности Земли каждую минуту. Он также может выполнять составное сканирование, при котором радар ведет наблюдение под несколькими разными углами наклона, чтобы получить более полную картину атмосферных условий; каждое такое составное сканирование занимает 6 минут. [1] [4]
Метеорологический радар NEXRAD , используемый в настоящее время Национальной метеорологической службой (NWS), представляет собой радар с длиной волны 10 см (2700–3000 МГц), способный выполнять полное сканирование каждые 4,5–10 минут, в зависимости от количества сканируемых углов и от того, не MESO-SAILS [7] активен, что добавляет дополнительное сканирование низкого уровня при завершении сканирования тома. Его разрешение составляет 0,5 градуса по ширине и дальность действия 250 метров (820 футов). Однозначная радиальная скорость составляет 62 узла (71 миль в час; 115 км/ч) на расстоянии до 230 километров (140 миль) от радара. [1] [4]
Разрешение по дальности у TDWR почти в два раза выше, чем у классической схемы NEXRAD. Это позволит получить гораздо более подробную информацию о мелких особенностях характера осадков, особенно во время гроз, отражательной способности и лучевой скорости. Однако это более высокое разрешение доступно только на расстоянии до 135 километров (84 миль) от радара; кроме того, разрешение близко к разрешению NEXRAD. Однако с августа 2008 года передискретизация NEXRAD увеличила разрешение данных об отражательной способности на более низких высотах до 0,25 км (0,16 мили) на 0,5 градуса и увеличила диапазон доплеровских данных о скорости до 300 км (190 миль). [8] [9] Это уменьшает преимущества TDWR для этих высот.
TDWR и NEXRAD дополняют друг друга перекрывающимся покрытием, каждый из которых предназначен для оптимального просмотра различных режимов воздушного пространства. Высокая скорость обновления данных TDWR на небольшом расстоянии (диапазон 55 морских миль ) позволяет быстро фиксировать микромасштабные погодные явления в аэродромном воздушном пространстве. NEXRAD — это радар дальнего действия (диапазон 200 морских миль), предназначенный для выполнения нескольких функций на маршруте на большой высоте, над воздушным пространством терминала и далеко между терминалами. Более медленная скорость обновления NEXRAD, охватывающая более широкий объем, фиксирует мезомасштабные погодные явления. Более короткая длина волны 5 см (2,0 дюйма), которая ближе к размеру капли дождя, чем длина волны 10 см (3,9 дюйма), частично поглощается осадками. Это серьезный недостаток использования TDWR, поскольку сигнал может сильно ослабляться при сильных осадках. Это ослабление означает, что радар не может «видеть» очень далеко во время сильного дождя и может пропустить суровую погоду, например сильную грозу, которая может содержать признаки торнадо, когда между радаром и этим штормом идет сильный дождь. Когда на обтекатель попадает сильный дождь , дальность действия TDWR еще больше ограничивается. [1] [4] Наконец, град во время грозы, сканируемый TDWR, может полностью блокировать сигнал, поскольку его размер больше длины волны. [1] [4]
Вторая проблема — меньшая однозначная радиальная скорость или скорость Найквиста . В случае TDWR это означает, что скорость осадков, движущихся со скоростью более 30 узлов (35 миль в час; 56 км/ч) в сторону или в сторону радара, будет анализироваться неправильно из-за наложения спектров . Алгоритмы исправления этого не всегда дают правильные результаты. NEXRAD имеет порог, который вдвое выше (62 узла (71 миль в час; 115 км/ч)) и, следовательно, требуется меньше обработки и интерпретации. Из-за этого разрешение радиолокационной отражательной способности для мелкомасштабных объектов, таких как мезоциклоны , может быть лучше в TDWR, но разрешение по скорости может быть хуже или, по крайней мере, неправильно анализироваться.
Таким образом, лучше всего использовать TDWR вместе с традиционным NEXRAD поблизости, чтобы ничего не пропустить. В отличие от NEXRAD, который имеет национальное покрытие прилегающих Соединенных Штатов (хотя и с некоторыми пробелами из-за рельефа местности), TDWR имеет спорадическое покрытие, предназначенное для крупных аэропортов. В то время как в некоторых районах страны (северо-восточный мегаполис, штаты Огайо и Флорида, а также юго-западный квартал Торнадо-Элли в Оклахоме и Техасе) наблюдается высокая плотность подразделений TDWR, в других (все Западное побережье, север Великих равнин и Скалистые горы, части Глубокого Юга и участок, протянувшийся от северной Пенсильвании через северную часть штата Нью-Йорк и до северной части Новой Англии) вообще не имеют покрытия TDWR.
Национальная лаборатория сильных штормов (NSSL) осуществляет программу разработки и совершенствования радиолокационной продукции, полученной на основе данных, полученных с радаров TDWR и NEXRAD. Группа по применению предупреждений о суровой погоде и передаче технологий (SWAT) спонсируется Национальной метеорологической службой и ФАУ. В 2009 году он работает над улучшенной фильтрацией непогодных эхосигналов, улучшенными алгоритмами устранения помех для скоростей, методами извлечения горизонтальной составляющей поля ветра с одного или нескольких радаров. NSSL предоставляет данные TDWR в офис NWS с конца 1990-х годов. [10] Центр радиолокационной эксплуатации (ROC) NWS , хотя и ориентирован на сеть NEXRAD, также работает с TDWR.