Language
Country/Area
No result found
Над облаками: почему радар миллиметрового диапазона — лучший инструмент для исследования облаков?
По мере увеличения изменения климата и частоты экстремальных погодных явлений научное сообщество уделяет все больше внимания изучению облаков. Природа и динамика облаков напрямую влияют на точность прогнозов погоды и моделей климата. В связи с этим радар миллиметрового диапазона считается одним из лучших инструментов для исследования структуры облаков и ее динамики. Эта высокотехнологичная радиолокационная система обеспечивает беспрецедентное разрешение, позволяя исследователям анализировать микрофизические свойства облаков и даже отслеживать их эволюцию.
Как работает радар миллиметрового диапазона
Радар миллиметрового диапазона — это радиолокационная система, специально разработанная для наблюдения за облаками. Его рабочий диапазон частот обычно составляет от 24 до 110 ГГц. По сравнению с традиционным радаром S-диапазона его длина волны короче, примерно от 1 мм до 1,11 сантиметра. Эта характеристика позволяет радару миллиметрового диапазона более чувствительно обнаруживать более мелкие капли воды или кристаллы льда в облаках.
Благодаря высокому временному разрешению и разрешению по дальности радар миллиметрового диапазона может точно определять границы облаков и их микрофизические свойства, тем самым помогая ученым лучше понять процесс отражения, поглощения и преобразования лучистой энергии облаков.
Радар миллиметрового диапазона обычно работает в Ka-диапазоне на частоте 35 ГГц и в W-диапазоне на частоте 94 ГГц, двух частотах с лучшим атмосферным пропусканием. Его высокое разрешение во временной области и на расстоянии позволяет исследователям получать данные за период от 1 до 10 секунд и наблюдать различные характеристики облаков с точностью до нескольких метров.
Разнообразные применения радаров миллиметрового диапазона
Эти радары используются не только для измерения физических свойств облаков, но также широко используются для изучения других важных тем, таких как туман, насекомые и аэрозоли. Поскольку радар миллиметрового диапазона может обнаружить почти все насекомые в безоблачный день, он продемонстрировал свою уникальную ценность в энтомологических исследованиях. Кроме того, эти радары также могут обнаруживать крупные аэрозоли, помогая ученым понять распределение и интенсивность аэрозолей.
Например, радар профиля облаков (CPR), работающий на спутнике CloudSAT с 2006 года, является успешным примером применения радара миллиметрового диапазона.
Технические характеристики радара миллиметрового диапазона
Радар миллиметрового диапазона обладает множеством передовых технологий, включая возможности измерения поляризации, которые могут измерять размер и форму капель воды и кристаллов льда в облаках. Развитие этого метода особенно важно для изучения смешанных фаз облаков в атмосфере, поскольку форма кристаллов льда является важным фактором, приводящим к ошибкам восстановления размеров и количественной концентрации при вертикально совмещенных лидарных и радиолокационных наблюдениях.
Кроме того, разнообразие радаров миллиметрового диапазона отражается и на формах их установки, включая системы на земле, в воздухе и в космосе. Например, многие научно-исследовательские самолеты оснащены радаром миллиметрового диапазона, например самолет HALO и исследовательский самолет KingAir в Вайоминге, который позволяет исследователям проводить измерения облаков на разных высотах и в разных условиях.
Будущее развитие и проблемы
Хотя радар миллиметрового диапазона продемонстрировал отличные возможности в исследовании облаков, он по-прежнему сталкивается с различными проблемами. Например, как улучшить разрешение радиолокационных данных, чтобы точно фиксировать небольшие изменения и справиться с неопределенностью атмосферной среды, по-прежнему остается сложной проблемой, которую научному сообществу необходимо решить.
Миссия Earth Clouds, Aerosols and Radiation Explorer (EarthCARE), которая будет запущена в марте 2023 года, также выведет эту технологию на новый уровень. Это первый радар профиля космических облаков с доплеровскими возможностями.
Заключительные мысли
Разработка и применение радаров миллиметрового диапазона продолжают улучшать наше понимание облаков, помогая повысить точность прогнозов погоды и климата. Однако перед лицом постоянно меняющихся погодных систем, будь то технологии или методы, можем ли мы продолжать совершать прорывы в исследованиях и прокладывать путь для будущих исследований климата?
