Language
Country/Area
No result found
القوة العظمى لرادار الموجات المليمترية: كيف يلتقط أسرار قطرات الماء الصغيرة والأمطار الغزيرة؟
تعمل أنظمة الرادار هذه عادةً في نطاق Ka عند 35 جيجاهرتز وفي نطاق W عند 94 جيجاهرتز، والتي تتمتع بأعلى كفاءة في النقل الجوي.
يتميز رادار الموجات المليمترية بدقة عالية جدًا في تحديد الوقت والمسافة. عادة ما يكون دقة الوقت قابلة للتعديل، وتتراوح من 1 إلى 10 ثوانٍ، في حين تعتمد دقة النطاق على تصميم الرادار والغرض منه. وبشكل عام، يمكن أن يصل أقصى مدى للكشف عن رادار السحب إلى 14 إلى 20 كيلومترًا، وتبلغ دقة سرعة دوبلر الخاصة به بضعة سنتيمترات في الثانية.
تعتبر أجهزة الرادار السحابية في الغالب أنظمة استقطابية، مما يسمح لها بقياس مخالفات الجسيمات عبر نسبة الاستقطاب الخطي (LDR). عادة ما تكون الرادارات موجهة مباشرة إلى الأعلى نحو السمت، ولكن مع تحسن التكنولوجيا، أضافت العديد من الرادارات وحدات مسح تسمح للرادار بالمسح بزوايا مختلفة بسرعات أعلى، وبالتالي الحصول على معلومات إضافية مثل ملفات تعريف الرياح الرأسية ومعلومات حجم الهواء.
تتمتع الرادارات ذات الطول الموجي الطويل بقدرة أقل على تخفيف قطرات المطر الصغيرة وهطول الأمطار، في حين تكون الرادارات ذات الطول الموجي القصير أكثر حساسية للجسيمات الأصغر، مما يعني أن اختيار الرادار المناسب مهم بشكل خاص في ظروف الطقس المختلفة.
حاليًا، يتم استخدام رادار الموجات المليمترية على نطاق واسع في العديد من المجالات، بما في ذلك اكتشاف حدود السحب (مثل قاعدة السحابة وقمتها) وتقدير الخصائص الميكروفيزيائية للسحابة (مثل حجم الجسيمات ومحتوى الكتلة). تساعد هذه البيانات في فهم كيفية تشكل السحب. عكس وامتصاص وتحويل الطاقة المشعة التي تمر عبر الغلاف الجوي. ويستخدم الرادار أيضًا على نطاق واسع في دراسات الضباب، وقد تم استخدامه لأكثر من 40 عامًا في الأبحاث الحشرية، وخاصةً للكشف عن الأهداف التي تكون في الغالب عبارة عن حشرات في الأيام الصافية الدافئة. علاوة على ذلك، تم اكتشاف مؤخرًا أنه من الممكن استخدام رادار الموجات المليمترية لدراسة الهباء الجوي العملاق.
لا تقتصر بيئة تشغيل رادار السحابة على الأرض، بل يمكن أن تكون أيضًا في الهواء أو الفضاء. وتشمل أمثلة الأنظمة المحمولة جواً الرادارات المثبتة على طائرات HALO (طائرات الأبحاث عالية الارتفاع وطويلة المدى) وطائرات الأبحاث KingAir في وايومنغ. تم تشغيل رادار تحديد ملف السحابة في الفضاء منذ عام 2006 على القمر الصناعي CloudSAT. ستحمل مهمة Earth Clouds, Aerosols and Radiation Explorer (EarthCARE)، المقرر إطلاقها في مارس 2023، أول رادار لتصوير السحب في الفضاء مزود بقدرات دوبلر.
القياس بالرادار: من IQ إلى الطيف
تعتبر أنظمة الرادار النبضي أدوات قياس نشطة لأنها ترسل موجات كهرومغناطيسية إلى الغلاف الجوي وتستقبل الإشارات التي تنعكس مرة أخرى. يتكون الرادار من مكونات أجهزة مختلفة، يحتوي كل منها على عناصر مختلفة. يتم نقل الموجات الكهرومغناطيسية التي يولدها المذبذب في وحدة الإرسال إلى الهوائي عبر موجه موجي، والذي يشعها في الغلاف الجوي.
بعد أن يتم تشتيت كل نبضة مرسلة بواسطة حجم الهواء المحتوي على بخار الماء، يتم جمع الإشارة المرتجعة بواسطة هوائي الرادار وتحويلها إلى صيغة رقمية بعد الترشيح والتعزيز والتحويل إلى أسفل.
على الرغم من أن انتقال كل إشارة رجوع يتغير مع الوقت، فإن المجال الكهربائي المنعكس في الإشارة يتم الحصول عليه من خلط كمية كبيرة من بخار الماء. لذلك، فإن الإشارة المستقبلة تتكون من أصداء من العديد من جزيئات بخار الماء، ولا يمكن تحليل هذه الأصداء بشكل فردي. وبالتالي، من خلال أخذ عينات من الإشارة، يمكننا تحديد مسافة الموجة عند فترة زمنية محددة للتركيز على تنوع الأصداء.
بالإضافة إلى ذلك، عند إجراء معالجة دوبلر للرادار، يتم إنشاء الطيف الذي تم الحصول عليه من إشارة العودة تلقائيًا من خلال حساب إشارة I/Q، مما يجعل من الممكن قياس تردد دوبلر للصدى. يساعد هذا العلماء على تقييم نطاق سرعات الجسيمات المختلفة داخل حجم العينة.
خصائص مطيافية دوبلر
في حجم عينة الرادار، عادةً ما يكون هناك أهداف تشتت متعددة. يتمتع كل هدف بتحول ترددي محدد، مما يمكننا من تحليل طيف دوبلر عن طريق قياس الطاقة المرتدة. يمكن حساب الانعكاسية من الطيف. ومن خلال دمج الطيف، يمكننا الحصول على بيانات الأرصاد الجوية ذات الصلة واستنتاج التغيرات الجوية.
ما الذي يجب أن ننتبه إليه من بين المعايير العديدة؟تمثل اللحظة الأولى من الطيف متوسط سرعة دوبلر، مما يعكس السرعة الشعاعية في حجم العينة بالكامل، بينما تشير اللحظة الثانية إلى عرض دوبلر، مما يوفر درجة التباين في نطاق السرعة المكتشفة.
يعتبر عرض دوبلر، والانحراف، والذروة من المعلمات الأساسية لوصف طيف دوبلر. وتساعد دراسة هذه المعلمات في الكشف عن التغيرات الفيزيائية الدقيقة والديناميكية في بنية السحابة، وهو أمر بالغ الأهمية للتنبؤ بالتغيرات الجوية. وعلاوة على ذلك، توفر القياسات الاستقطابية التي يقوم بها الرادار رؤية أعمق لكيفية عمل هطول الأمطار وتأثيرات تغير المناخ.
مع تقدم التكنولوجيا، أصبح نطاق تطبيق رادار الموجات المليمترية أكثر اتساعًا، ولكن في هذا الاستكشاف اللامتناهي، هل يمكننا استيعاب وفهم المبادئ الفيزيائية وراء هذه التقنيات بشكل كامل؟