Ένα Καινοτόμο και Ολοκληρωμένο Εννοιολογικό Μοντέλο για την Αντιμετώπιση των Επιπτώσεων της Κλιματικής Μεταβολής στην Ξηρασία: Δυνητικότητα Εφαρμογής

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Ένα Καινοτόμο και Ολοκληρωμένο Εννοιολογικό Μοντέλο για την Αντιμετώπιση των Επιπτώσεων της Κλιματικής Μεταβολής στην Ξηρασία: Δυνητικότητα Εφαρμογής"

Ησιοδ Ράγκος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Ένα Καινοτόμο και Ολοκληρωμένο Εννοιολογικό Μοντέλο για την Αντιμετώπιση των Επιπτώσεων της Κλιματικής Μεταβολής στην Ξηρασία: Δυνητικότητα Εφαρμογής ενός Προγράμματος Αύξησης των Βροχοπτώσεων στη Θεσσαλία

2 Μετεωρολογικό ραντάρ και εφαρμογή του Λογισμικού Τ Ι Τ Α Ν Δρ. Δημήτριος Μπαμπζέλης Μαθηματικός Μετεωρολόγος Ε.ΔΙ.Π. Α.Π.Θ.

3 Περιεχόμενα Αρχές λειτουργίας μετεωρολογικού radar To λογισμικό ΤΙΤΑΝ Πως χρησιμοποιούμε το λογισμικό TITAN

4 Radar RAdio Detection And Ranging Εφευρέθηκε κατά τη διάρκεια του 2 ου παγκοσμίου πολέμου για την ανίχνευση εχθρικών αεροσκαφών Ενεργητικό σύστημα τηλεπισκόπισης Εκπέμπει και λαμβάνει σήματα Η/M ακτινοβολίας Οι δορυφόροι είναι παθητικό σύστημα τηλεπισκόπισης (λαμβάνουν μόνο) Εφαρμογές Ανίχνευση Ανάλυση μετεωρολογικών φαινομένων Άμυνα Έλεγχος τροχαίων παραβάσεων (όριο ταχύτητας) Αεροπλοΐα

5 Μετεωρολογικό Radar Εκπέμπει πολύ σύντομο Η/Μ παλμό ακτινοβολίας Πολύ στενή ακτίνα εκπομπής (narrow cone) η οποία επεκτείνεται Σύντομη διάρκεια ~ 1 μs (7 sec ανά ώρα) Πολύ υψηλή ενέργεια εκπομπής (~1 megawatt) Ακούει την επιστρεφόμενη ενέργεια ( echoes ) Χρόνος ακοής ~ 1 ms (59:53 ανά ώρα) Πολύ ασθενής η ισχύ που επιστρέφει (~10-10 watt) Η εκπεμπόμενη ενέργεια ανακλάται από αντικείμενα τόσο στο έδαφος όσο και στην ατμόσφαιρα Βροχή, έδαφος, βουνά, κτίρια, έντομα, πουλιά κ.α.

6 Εκπομπή σήματος Απομακρυσμένος στόχος Διάδοση παλμού (University of Illinois WW2010 Project)

7 Η ενέργεια ανακλάται από τα αντικείμενα προς όλες τις κατευθύνσεις (University of Illinois WW2010 Project)

8 Μόνο ένα μικρό ποσοστό της εκπεμπόμενης ενέργειας επιστρέφει πίσω στο radar

10 στόχοι Radar

11 Προσδιορισμός Στόχου Απαιτούνται 3 μεταβλητές: Γωνία αζιμούθιου Γωνία ανύψωσης Απόσταση από το στόχο Με τα δεδομένα αυτά το radar καθορίζει ακριβώς την ακριβή θέση του στόχου

12 Γωνία Αζιμούθιου Η γωνία που σχηματίζει η ακτίνα εκπομπής με το Βορρά

13 Γωνία Ανύψωσης Η γωνία που σχηματίζει η ακτίνα σε σχέση με το έδαφος

14 D = ct/2 Απόσταση από το στόχο T ο χρόνος που μεσολαβεί από την εκπομπή του παλμού έως τη λήψη της επιστροφής του. (University of Illinois WW2010 Project)

15 Μέθοδοι σάρωσης 1 Plan Position Indicator (PPI) Η κεραία του radar περιστρέφεται 360 διατηρώντας σταθερή τη γωνία ανύψωσης Επιτρέπει την ανίχνευση και τον καθορισμό της βροχής δεδομένης της ακτίνας από το radar Η ποιό απλή μέθοδος απεικόνισης Το μετεωρολογικό ραντάρ διεξάγει μία σειρά από τέτοιες σαρώσεις με διαφορετικές γωνίες ανύψωσης ώστε να παραχθεί μία 3/διάστατη απεικόνιση της ατμόσφαιρας

16 PPI Σταθερή γωνία ανύψωσης Η γωνία αζιμούθιου μεταβάλλεται (καθώς η κεραία του radar περιστρέφεται) (University of Illinois WW2010 Project)

(http://weather.noaa.gov/radar/radinfo/radinfo.

17 ( Οι κόκκινοι αριθμοί δηλώνουν διαφορετικές γωνίες ανύψωσης Το εύρος της ακτίνας επεκτείνεται με την απόσταση

19 Μέθοδοι Σάρωσης 2 Range Height Indicator (RHI) Γωνία αζιμούθιου σταθερή Η γωνία ανύψωσης μεταβάλλεται (από τον ορίζοντα έως κοντά στο ζενίθ) Απεικονίζεται μία κατακόρυφη τομή μιας καταιγίδας (University of Illinois WW2010 Project)

21 Η εξίσωση του radar P r t c P g l K ln 2 A B 2 C 2 k i 1 r v N D D i 6 i Όπου P r μέση επιστρεφόμενη ενέργεια A αριθμητικές σταθερές B χαρακτηριστικά radar (σταθερές) C χαρακτηριστικά σκέδασης στόχων D συντελεστής ισοδύναμης ανακλαστικότητας (Z e )

22 Συντελεστής Ισοδύναμης ανακλαστικότητας 1 Z N D v Όπου: N i αριθμός αντικειμένων D i διάμετρος αντικειμένων v όγκος e k i 1 i 6 i

23 Συντελεστής Ισοδύναμης Z e σχετίζει την ένταση της βροχής και τη μέση επιστρεφόμενη ισχύ του radar Ισοδύναμο δείχνει την παρουσία πολλών αντικειμένων τα οποία διαφέρουν: μέγεθος/σχήμα σύνθεση(νερό/πάγος/ανάμεικτο) Κατανομή ανακλαστικότητας 2 Γίνονται αρκετές υποθέσεις (όχι όλες πραγματικές)

24 Συντελεστής Ισοδύναμης ανακλαστικότητας 3 Z e k i 1 N D Ο συντελεστής ισοδύναμης ανακλαστικότητας Z e είναι: - ανάλογος του αριθμού των αντικειμένων που ανιχνεύονται. - αντιστρόφως ανάλογος του όγκου. - ανάλογος της διαμέτρου των αντικειμένων υψωμένης στην 6 η δύναμη. Δηλ: διπλάσια διάμετρο : 64 φορές μεγαλύτερη επιστροφή ενέργειας v i 6 i

25 dbz dbz 10 Z log e mm m Εύρος: 30 dbz ομίχλη +75 dbz πολύ μεγάλοι χαλαζόκοκκοι

26 dbz dbz 10 Z log e mm m Εύρος: 30 dbz ομίχλη +75 dbz πολύ μεγάλοι χαλαζόκοκκοι

27 Σχέση Z-R 1 Εξίσωση Marshall - Palmer Z ar b Όπου: Z ανακλαστικότητα (mm 6 m -3 ) R ρυθμός βροχής (mm h -1 ) a και b εμπειρικές σταθερές

28 Σχέση Z-R 2 Μας επιτρέπει να εκτιμήσουμε τη βροχή αν γνωρίζουμε την ανακλαστικότητα Πολλές σταθερές έχουν προταθεί για τους συντελεστές a και b Πειραματικός προσδιορισμός εξαρτώνται από: Είδος βροχής (στρατόμορφη ή σωρειτόμορφη) Τόπο (γεωγραφικά, θαλάσσια ή ηπειρωτική αέρια μάζα) Εποχή του χρόνου (καλοκαίρι ή χειμώνας)

29 Σχέση Z-R 3 Σχέση Βέλτιστη χρήση: Προτείνεται επίσης για: Marshall-Palmer (Z=200R 1.6 ) Στρατόμορφα νέφη (Z=75R 2.0 ) Σωρειτόμορφα νέφη (Z=300R 1.4 ) Rosenfeld Τροπική (Z=250R 1.2 ) Βροχή που οφείλεται σε στρατόμορφα νέφη (γενικά) Στρατόμορφη βροχή κατά την ψυχρή περίοδο Έντονη καλοκαιρική αστάθεια (καταιγίδες) Τροπικά συστήματα κακοκαιρίας Ορογραφικό υετός Σωρειτόμορφος υετός (εκτός τροπικών) Σωρειτόμορφος υετός εντός τροπικών περιοχών

30 Σχέση Z-R 4 Ανακλαστικότητα Marshall- Palmer (Z=200R 1.6 ) West-Cool Stratiform (Z=75R 2.0 ) Σωρειτόμορφα νέφη (Z=300R 1.4 ) Rosenfeld Τροπική (Z=250R 1.2 ) 15 dbz 0.25 mm h mm h -1 <0.25 mm h -1 <0.25 mm h dbz 0.76 mm h mm h mm h mm h dbz 1.27 mm h mm h mm h mm h dbz 2.79 mm h mm h mm h mm h dbz 5.59 mm h mm h mm h mm h dbz mm h mm h mm h mm h dbz mm h mm h mm h mm h dbz mm h mm h mm h mm h dbz mm h mm h mm h mm h dbz mm h mm h mm h mm h -1

Μετεωρολογικό ραντάρ - Λιόπρασο ΤΥΠΟΣ ΡΑΝΤΑΡ EEC WR-100 (C-band 5cm). ΔΕΔΟΜΕΝΑ Τιμές Ανακλαστικότητας της ατμόσφαιρας σε 26 επίπεδα (ύψη) από 1km έως 19,75km.

31 Μετεωρολογικό ραντάρ - Λιόπρασο ΤΥΠΟΣ ΡΑΝΤΑΡ EEC WR-100 (C-band 5cm). ΔΕΔΟΜΕΝΑ Τιμές Ανακλαστικότητας της ατμόσφαιρας σε 26 επίπεδα (ύψη) από 1km έως 19,75km. ΕΜΒΕΛΙΑ 200Km από τη θέση του ραντάρ. ΧΩΡΙΚΗ ΕΥΚΡΙΝΕΙΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 750x750x750m περίπου. ΧΡΟΝΙΚΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ κάθε 3,5 min περίπου. Φωτογραφία από: 3Δ Α.Ε.

32 Θέση Μετεωρολογικού ραντάρ

34 Το λογισμικό TITAN Thunderstorm Identification Tracking, Analysis and Nowcasting system Αναπτύχθηκε από τον: Dr. Michael Dixon & συνεργάτες στο: National Center for Atmospheric Research

35 Το σύστημα ΤΙΤΑΝ: Αποτελείται από ένα σύνολο προγραμμάτων και έχει τη δυνατότητα να αναγνωρίζει, να ανιχνεύει και να αναλύει μεμονωμένα κύτταρα καταιγίδας καθώς και συμπλέγματα κυττάρων καταιγίδων σε πραγματικό χρόνο. Τα κύτταρα καταιγίδας προσδιορίζονται ως ενιαίες περιοχές (όγκος) στις οποίες η ανακλαστικότητα ξεπερνά κάποια προκαθορισμένη τιμή. Μέσω του αλγορίθμου ταυτοποιούνται τα αναγνωρισμένα κύτταρα μεταξύ διαδοχικών εικόνων του μετεωρολογικού ραντάρ. Τα κύτταρα κατατάσσονται ως: σύνθετα (complex) αν κατά τη διάρκεια της ζωής τους συνενώνονται ή διαχωρίζονται με άλλα κύτταρα και απλά (single).

38 AIRLINK Ανακλαστικότητα Θέση αεροσκάφους Η αρχιτεκτονική του συστήματος ΤΙΤΑΝ Αρχεία δεδομένων ραντάρ Αρχεία δεδομένων αεροσκάφους Mdv2Vil PrecipAccum Ανίχνευση κυττάρων Τροχιές κυττάρων Αρχεία VIL Ημερήσια αρχεία Αρχεία κυττάρων

39 Τι βλέπουμε στην οθόνη του TITAN Ολόκληρη η καταιγίδα & το κύτταρο TITAN ~15-20 dbz 35 Η καταιγίδα (νέφος) Κύτταρο ΤΙΤΑΝ (τιμή κατωφλίου: 35 dbz) Κάποιες μεταβλητές παρέχονται για ολόκληρη την καταιγίδα αλλά κάποιες μόνο για το κύτταρο ΤΙΤΑΝ

40 Τι βλέπουμε στην οθόνη του TITAN Σύνθετη ανακλαστικότητα Με μία απεικόνιση λαμβάνουμε πληροφορίες από όλα τα ύψη Επίπεδο 2 Η μέγιστη ανακλαστικότητα από κάθε ύψος απεικονίζεται στην επιφάνεια Επίπεδο 1 Επιφάνεια

41 Χαρακτηριστικά κυττάρων καταιγίδας Χρόνος πρώτης ανίχνευσης Διάρκεια Ταχύτητα κίνησης Διεύθυνση κίνησης Ο όγκος Η μάζα Η επιφάνεια Η επιφάνεια υετού Μέγιστο ύψος κορυφής Διανυόμενη Έκταση Ροή υετού Ρυθμός Υετού Μέγιστη Ανακλαστικότητα επιφάνεια κυττάρου επιφάνεια υετού κυττάρου

42 Παραγόμενες μεταβλητές... VIL (vertically integrated liquid water) Το σύνολο του νερού που υπάρχει σε μία κάθετη στήλη στην ατμόσφαιρα

43 Χρήση του TITAN

Σχετικά έγγραφα

Μετεωρολογικό Ραντάρ και πρόγνωση σφοδρών καταιγίδων και πλημμυρών Μιχαήλ Σιούτας

Μετεωρολογικό Ραντάρ και πρόγνωση σφοδρών καταιγίδων και πλημμυρών Μιχαήλ Σιούτας Κέντρο Μετεωρολογικών Εφαρμογών ΕΛΓΑ Αεροδρόμιο Μακεδονία, Θεσσαλονίκη Μετεωρολογικό Ραντάρ Το Μετεωρολογικό Ραντάρ ή Ραντάρ