Radiosonda - Radiosonde

Nowoczesne radiosondy pokazujące postęp miniaturyzacji
GPS sondy, około 220 x 80 x 75 mm (8,7 x 3,1 x 3 cale) (z uziemieniem stacji w tle, stosowany do wykonywania „kontrole ziemi”, a także odnawiać czujnik wilgotności)

Radiosonda jest zasilany baterią telemetrii przyrząd do atmosfery prowadzone zwykle przez balonu meteorologicznego , który mierzy różne parametry atmosferyczne i przesyła je drogą radiową do odbiornika naziemnej. Nowoczesne radiosondy mierzą lub obliczają następujące zmienne: wysokość , ciśnienie , temperaturę , wilgotność względną , wiatr (zarówno prędkość, jak i kierunek wiatru ), odczyty promieniowania kosmicznego na dużych wysokościach i położenie geograficzne ( szerokość / długość geograficzna ). Radiosondy mierzące stężenie ozonu są znane jako ozonesondy.

Radiosondy mogą działać na częstotliwości 403 MHz lub 1680 MHz. Radiosonda, której pozycja jest śledzona podczas wznoszenia się, aby uzyskać informacje o prędkości i kierunku wiatru, nazywa się rawinsonde ("radarowa sonda wiatru"). Większość radiosond ma reflektory radarowe i technicznie są to sondy surowe. Radiosonda, która jest zrzucana z samolotu i spada, a nie przenoszona przez balon, nazywa się dropsondą . Radiosondy są podstawowym źródłem danych meteorologicznych , a codziennie na całym świecie wystrzeliwane są ich setki.

Historia

Latawce używane do latania meteografem
Meteograf używany przez US Weather Bureau w 1898 r.
Personel US Bureau of Standards uruchamia radiosondę w pobliżu Waszyngtonu w 1936 r
Amerykańscy marynarze uruchamiają radiosondę podczas II wojny światowej

Pierwsze loty przyrządami aerologicznymi wykonano w drugiej połowie XIX wieku za pomocą latawców i meteografów , urządzenia rejestrującego ciśnienie i temperaturę, które zostało zregenerowane po eksperymencie. Okazało się to trudne, ponieważ latawce były połączone z ziemią i były bardzo trudne do manewrowania w porywistych warunkach. Ponadto sondowanie było ograniczone do małych wysokości ze względu na połączenie z ziemią.

Gustave Hermite i Georges Besançon z Francji jako pierwsi w 1892 roku użyli balonu do latania meteografem. W 1898 roku Léon Teisserenc de Bort zorganizował w Observatoire de Météorologie Dynamique de Trappes pierwsze regularne codzienne użycie tych balonów. Dane z tych startów wykazały, że temperatura obniżała się wraz z wysokością do określonej wysokości, która zmieniała się w zależności od pory roku, a następnie ustabilizowała się powyżej tej wysokości. Odkrycie tropopauzy i stratosfery przez De Borta zostało ogłoszone w 1902 roku we Francuskiej Akademii Nauk. Inni badacze, tacy jak Richard Aßmann i William Henry Dines , pracowali w tym samym czasie z podobnymi instrumentami.

W 1924 roku pułkownik William Blaire z Korpusu Sygnałów USA przeprowadził pierwsze prymitywne eksperymenty z pomiarami pogody z balonu, wykorzystując zależność temperaturową obwodów radiowych. Pierwsza prawdziwa radiosonda wysyłająca precyzyjnie zakodowaną telemetrię z czujników pogodowych została wynaleziona we Francji przez Roberta Bureau  [ fr ] . Biuro wymyśliło nazwę „radiosonda” i wykonało loty na pierwszym instrumencie 7 stycznia 1929 roku. Opracowany niezależnie rok później, Pavel Molchanov obleciał radiosondę 30 stycznia 1930 roku. odczyty alfabetem Morse'a , dzięki czemu jest łatwy w użyciu bez specjalnego sprzętu lub szkolenia.

Pracując ze zmodyfikowaną sondą Molchanov, Sergey Vernov jako pierwszy użył radiosond do odczytów promieniowania kosmicznego na dużych wysokościach. W dniu 1 kwietnia 1935 roku wykonał pomiary do 13,6 km (8,5 mil) za pomocą pary liczników Geigera w obwodzie przeciwzbiegowym, aby uniknąć liczenia wtórnych pęków promieni. Stało się to ważną techniką w tej dziedzinie, a Vernov latał swoimi radiosondami na lądzie i morzu w ciągu następnych kilku lat, mierząc zależność promieniowania od szerokości geograficznej spowodowaną polem magnetycznym Ziemi .

W 1936 roku Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych zleciła Biuru Standardów Stanów Zjednoczonych (NBS) opracowanie oficjalnej radiosondy dla Marynarki Wojennej. NBS przekazała projekt Harry'emu Diamondowi , który wcześniej pracował nad radionawigacją i wynalazł system lądowania na ślepo dla samolotów. Organizacja kierowana przez Diamonda ostatecznie (w 1992 r.) stała się częścią Laboratorium Badawczego Armii USA . W 1937 Diamond wraz ze swoimi współpracownikami Francisem Dunmore i Wilburem Hinmannem Jr. stworzyli radiosondę, która wykorzystywała modulację podnośnej częstotliwości dźwięku za pomocą oscylatora relaksacji rezystancji pojemności. Ponadto ta radiosonda NBS była w stanie mierzyć temperaturę i wilgotność na większych wysokościach niż konwencjonalne radiosondy w tamtym czasie dzięki zastosowaniu czujników elektrycznych.

W 1938 r. firma Diamond opracowała pierwszy odbiornik naziemny dla radiosondy, co skłoniło do pierwszego użycia radiosond NBS w marynarce wojennej. Następnie w 1939 r. Diamond i jego koledzy opracowali naziemną radiosondę zwaną „zdalną stacją pogodową”, która pozwalała im automatycznie zbierać dane pogodowe w odległych i niegościnnych miejscach. W 1940 roku system radiosond NBS zawierał napęd ciśnieniowy, który mierzył temperaturę i wilgotność w funkcji ciśnienia. Zgromadzono również dane dotyczące grubości chmur i natężenia światła w atmosferze. Ze względu na ten i inne ulepszenia w kosztach (około 25 USD), wadze (> 1 kilogram) i dokładności, w całym kraju wyprodukowano setki tysięcy radiosond w stylu NBS do celów badawczych, a urządzenie zostało oficjalnie przyjęte przez US Weather Bureau.

Diamond otrzymał nagrodę Washington Academy of Sciences Engineering Award w 1940 roku oraz nagrodę IRE Fellow Award (później przemianowaną na Harry Diamond Memorial Award) w 1943 roku za wkład w radiometeorologię.

Rozwój ważnych gospodarczo rządowych usług prognozowania pogody w latach 30. XX wieku i ich rosnące zapotrzebowanie na dane zmotywowały wiele narodów do rozpoczęcia regularnych programów obserwacji radiosond

W 1985 roku, jako część Związku Radzieckiego „s programu Vega , dwa Wenus sondy, Vega 1 i Vega 2 , każdy spadła radiosonda w atmosferze Wenus . Sondy były śledzone przez dwa dni.

Chociaż współczesna teledetekcja za pomocą satelitów, samolotów i czujników naziemnych jest coraz większym źródłem danych atmosferycznych, żaden z tych systemów nie może się równać z rozdzielczością pionową (30 m (98 stóp) lub mniej) i zasięgiem wysokości (30 km (19 mil)) obserwacje radiosondowe, więc pozostają one niezbędne dla współczesnej meteorologii.

Chociaż setki radiosond są uruchamiane na całym świecie każdego dnia przez cały rok, ofiary śmiertelne przypisywane radiosondom są rzadkie. Pierwszym znanym przykładem było porażenie prądem dróżnika w Stanach Zjednoczonych, który próbował uwolnić radiosondę z linii wysokiego napięcia w 1943 roku. W 1970 roku Antonov 24 obsługujący lot Aeroflot 1661 stracił kontrolę po uderzeniu w radiosondę podczas lotu w wyniku czego zginęło wszystkich 45 osób na pokładzie.

Operacja

Kauczuku lub lateksu balon wypełniony albo hel lub wodór unosi się za pomocą urządzenia do atmosfery . Maksymalna wysokość, na jaką balon się wznosi, zależy od średnicy i grubości balonu. Rozmiary balonów mogą wynosić od 100 do 3000 g (3,5 do 105,8 uncji). Gdy balon unosi się w atmosferze, ciśnienie spada, powodując rozszerzanie się balonu. W końcu balon rozszerzy się do tego stopnia, że ​​pęknie jego skóra, kończąc wynurzanie. Balon o wadze 800 g (28 uncji) pęknie na około 21 km (13 mil). Po rozerwaniu mały spadochron na linii podtrzymującej radiosondy przenosi go na Ziemię. Typowy lot radiosondą trwa od 60 do 90 minut. Jedna radiosonda z bazy lotniczej Clark na Filipinach osiągnęła wysokość 155 092 stóp (47 272 m).

Nowoczesna radiosonda komunikuje się drogą radiową z komputerem, który przechowuje wszystkie zmienne w czasie rzeczywistym. Pierwsze radiosondy zaobserwowano z ziemi za pomocą teodolitu i dały jedynie oszacowanie wiatru na podstawie pozycji. Wraz z pojawieniem się radaru Korpusu Łączności możliwe było śledzenie celu radarowego niesionego przez balony za pomocą radaru SCR-658 . Nowoczesne radiosondy mogą wykorzystywać różnorodne mechanizmy określania prędkości i kierunku wiatru, takie jak radionamierzacz czy GPS . Waga radiosondy wynosi zwykle 250 g (8,8 uncji).

Czasami radiosondy są uruchamiane przez zrzucenie z samolotu, a nie przez balon. Radiosondy rozmieszczone w ten sposób nazywane są dropsondami .

Rutynowe uruchamianie radiosondy

Na całym świecie istnieje około 1300 miejsc wystrzeliwania radiosond. Większość krajów udostępnia dane z resztą świata na podstawie umów międzynarodowych. Prawie wszystkie rutynowe wystrzelenia radiosond mają miejsce 45 minut przed oficjalnym czasem obserwacji 00:00 UTC i 12:00 UTC, aby zapewnić natychmiastowy obraz atmosfery. Jest to szczególnie ważne w przypadku modelowania numerycznego . W Stanach Zjednoczonych National Weather Service ma za zadanie dostarczać na czas obserwacji w górnych warstwach powietrza do wykorzystania w prognozowaniu pogody , obserwacji i ostrzeżeniach o trudnych warunkach pogodowych oraz badaniach atmosferycznych. National Weather Service uruchamia radiosondy z 92 stacji w Ameryce Północnej i na wyspach Pacyfiku dwa razy dziennie. Wspiera również działanie 10 stacji radiosondowych na Karaibach .

Listę amerykańskich miejsc startowych na lądzie można znaleźć w Załączniku C, US Land-based Rawinsonde Stations of the Federal Meteorological Handbook #3, zatytułowanym Rawinsonde and Pibal Observations, z maja 1997 roku.

Zastosowania obserwacji górnego powietrza

Surowe dane górnego powietrza są rutynowo przetwarzane przez superkomputery z modelami numerycznymi. Prognostycy często przeglądają dane w formacie graficznym, wykreślane na wykresach termodynamicznych, takich jak wykresy skośne-T log-P , tefigramy lub diagramy Stüve , wszystkie przydatne do interpretacji pionowego profilu termodynamiki atmosfery, temperatury i wilgotności, a także kinematyki pionowego profilu wiatru.

Dane radiosond są niezwykle ważnym elementem numerycznej prognozy pogody. Ponieważ sonda może dryfować kilkaset kilometrów podczas 90-120-minutowego lotu, może pojawić się obawa, że ​​może to spowodować problemy z inicjalizacją modelu. Jednak wydaje się, że tak nie jest, z wyjątkiem być może lokalnie w regionach strumieni odrzutowych w stratosferze.

Regulamin radiowy

Zgodnie z art 1.109 Spośród Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny za (ITU) ITU rozporządzeniach radiowych (RR):

Radiosonda to automatyczny nadajnik radiowy w służbie pomocy meteorologicznych, zwykle przewożony na statku powietrznym , balonie swobodnym , latawcu lub spadochronie, który przesyła dane meteorologiczne. Każdy nadajnik radiowy powinien być sklasyfikowany przez służbę radiokomunikacyjną, w której działa na stałe lub czasowo.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki