NEXRAD () — разветвлённая сеть метеорологических радиолокационных станций, которая функционирует под управлением Национальной метеорологической службы США. Высокая производительность аппаратной части радаров NEXRAD позволяет организовать автоматизированное наблюдение и картографирование атмосферных осадков в режиме, близком к реальному времени с задержкой, не превышающей 6 минут. Это делает возможным вести оперативное обновление метеорологических данных для осуществления прогноза погоды и выдачи предупреждений о потенциальных стихийных бедствиях. Помимо прогноза погоды, метеорологические данные сети NEXRAD используются в других областях, например в сельском хозяйстве, сфере транспорта и гидротехнике.
Общая информация Появление сети NEXRAD состоялось благодаря совместным усилиям министерства торговли, министерствa обороны и министерства транспорта СШАNEXRAD National Oceanic and Atmospheric Administration, 2019. Её фундаментом стал комплекс доплеровских радаров WSR-88D (), который предназначался для замены метеорологического радиолокационного оснащения национальной метеорологической службы, военно-воздушных сил, управления гражданской авиации и военно-морского командования метеорологии и океанографии.
Первые опыты по использованию доплеровского эффекта в радарной метеорологии в США начались в 1960-х годах. Создание системы NEXRAD было запущено в 1976 году в Национальной лаборатории исследования сильных штормов (Норман, Оклахома). В 1979 году была создана концепция проекта, которая определяла общие подходы к разработке, а к 1980 году в рамках этой инициативы были утверждены детальные планы по реализации всей программы, технические требования, спецификации и распределение обязанностей между разработчиками. В 1986 и 1989 годах Оперативный центр контроля ВВС США AFOTEC провёл две серии экспериментов в рамках оценки эффективности и пригодности оборудования для программы NEXRAD, предложенного различными поставщиками.
В январе 1990 года в качестве основного подрядчика для выполнения контракта по поставке оборудования системы NEXRAD была выбрана корпорация Unisys. Первый доплеровский радар WSR-88D был установлен около города Оклахома-Сити осенью 1990 года. С этим событием началась модернизация технического оснащения и реструктуризация всей Национальной метеорологической службы США. К 1996 году полное количество введённых в строй радиолокационных установок с радарами WSR-88D достигло 140 рабочих станций, функционирующих под управлением ВВС и метеорологической службы. Помимо них на континентальной части США было построено 5 учебно-тренировочных метеостанций обеспечения. В дополнение к ним, 13 радаров системы WSR-88D планировались к монтажу на Аляске, Гавайях и в бассейне Карибского моря.
По данным на 2019 год полное количество радиолокационных метеостанций NEXRAD равнялось 160. Они обеспечивают надёжное покрытие всей континентальной территории США, на Гавайях, Аляске и в Пуэрто-Рико. Считается, что точность прогноза выпадения дождевых осадков с помощью радаров NEXRAD особенно высока для восточной части территории США (примерно две трети от полной площади страны). На момент введения системы NEXRAD в строй её основными достоинствами считались высокая чувствительность сенсоров, наличие режима проведения доплеровских измерений и возможность отображения измеренных величин в реальном масштабе времени, что способствует улучшению точности метеопрогнозов.
Среди недостатков системы NEXRAD выделяются следующие: недостаточная функциональность в горных регионах страны из-за ограниченного обзора, невозможность зарегистрировать дождеобразование на низких высотах из-за того, что высоты радарных лучей возрастают с увеличением расстояния от радарных станций, неоднородность детектируемой отражаемости сигнала, которая меняется со временем и от одного места к другому, сложности с опознаванием смешанных и ледяных осадков, снижение площади охвата в зимний период времени, перебои в поступлении данных во время некоторых экстремальных ситуаций, и другие.
Техническая спецификация
Основой аппаратной части комплекса NEXRAD являются многофункциональные доплеровские радары WSR-88D, которые работают на длине волны 10 см (S-полоса)NEXRAD data Google Cloud, 2019. Такой выбор рабочей длины волны был продиктован необходимостью минимизировать взаимодействие системы NEXRAD с радиолокационным оборудованием другого назначения. Вся конструкция разрабатывалась специально для предсказания торнадо, точной детекции и позиционирования вихревых и турбулентных потоков, профилей сдвига ветра и оценки границ районов градообразования.
Дальность действия каждого радара составляет 230 кмNEXRAD NOAA’s National Weather Service, 2019. На высоте 10 000 футов (около 3000 метров) система NEXRAD обеспечивает почти непрерывное покрытие почти всей территории США, за исключением западных районов страны, где гористый рельеф делает невозможным сканирование вдоль подстилающей поверхности. В качестве регистрируемых величин в процессе работы были выбраны отражаемость сигнала, средняя радиальная скорость и ширина доплеровского спектра с разрешением 1 градус на 1 километр (на расстоянии 460 км). Начиная с 2008 года результаты измерений можно получить в сверхразрешении 0,5 градуса на 0,25 километра. После 2011 года была запущена модернизация радарных станций комплекса NEXRAD. Получив способность работы в режиме двойной поляризации, в дополнение к вышеупомянутым параметрам, они начали регистрировать дифференциальную отражаемость, корреляционный коэффициент сигнала и дифференциальный фазовый набег. Принцип работы радиолокатора Микроволновой генератор передатчика радара WSR-88D создаёт продолжительный когерентный сигнал на несущей частоте, который преобразуется в последовательность импульсов модулятором. Эти импульсы усиливаются клистронным усилителем до величин в 1 МВатт пиковой мощности (по данным NOAA — до 700 кВт), однако средняя мощность обычно не превышает киловатта. Излучаемый антенной сигнал имеет горизонтальную поляризацию.
Некоторые технические характеристики системы Наименование Значение Диаметр параболического отражателя антенны 8,54 м Коэффициент усиления антенны 44,5 дБ Ширина луча 1° Вертикальный диапазон углов от −1° до +60° Уровень боковых лепестков менее 26 дБ Частота сканирования 30° в секунду по азимуту и углу места Используемая поляризация линейная, горизонтальная Диапазон рабочих частот передатчика 2700—3000 МГц Максимальное значение пиковой мощности импульса 475 кВт Длина импульса 1,57 — 4,57 мкс Динамический диапазон приёмника 93 дБ Промежуточная частота приёмника 57,6 МГц
Обработка полученных данных С методологической точки зрения полный цикл получения измеренных величин включает в себя три основных этапа. Во время первого шага () осуществляется генерирование и снятие с приёмного тракта радиолокационного сигнала. Следом за этим происходит предварительная обработка радарных данных () во время которой измеренные радиолокационные величины преобразуются в метеорологические и гидрологические параметры. Для оценки текущей нормы выпадающих дождевых осадков посредством измеренной радаром отражаемости используется классическое соотношение следующего вида:
где: — радиолокационная отражаемость сигнала, — наблюдаемый уровень осадков. При оценке уровня снегопада используется другая эмпирическая формула с теми же параметрами:
Следом за этим осуществляется контроль качества и мониторинг хода измерений, запись данных и их распределение. На последнем шаге () идёт обработка информации для конечного потребителя. Для этого аппаратная часть радарного комплекса включает в себя рабочую станцию с графическим процессором и 19-ти дюймовым монитором, цветной принтер и терминал коммуникационной системы. На этом шаге полученные данные отображаются, аннотируются и записываются по выбору оператора в нужном графическом представлении с нужным выбором параметров и их значений.
Список объектов + Список объектов сети NEXRAD и их координаты Штат/Страна Населённый пункт Код аэропорта ИКАО Координаты Пуэрто-Рико Сан-Хуан TJUA Мэн Хоултон KCBW Мэн /Портленд KGYX Вермонт Берлингтон KCXX Массачусетс Бостон KBOX Нью-Йорк Олбани KENX Нью-Йорк Бингемтон KBGM Нью-Йорк Буффало KBUF Нью-Йорк KTYX Нью-Йорк Нью-Йорк KOKX Делавэр KDOX Пенсильвания Филадельфия KDIX Пенсильвания Питтсбург KPBZ Пенсильвания Стейт-Колледж KCCX Западная Виргиния Чарлстон KRLX Виргиния Норфолк/Ричмонд KAKQ Виргиния Роанок KFCX Виргиния KLWX Северная Каролина KMHX Северная Каролина Роли/Дарем KRAX Северная Каролина Уилмингтон KLTX Южная Каролина Чарлстон KCLX Южная Каролина Колумбия KCAE Южная Каролина Грир KGSP Джорджия Атланта KFFC Джорджия KVAX Джорджия KJGX Флорида KEVX Флорида Джэксонвилл KJAX Флорида Ки-Уэст KBYX Флорида Мелборн KMLB Флорида Майами KAMX Флорида Таллахасси KTLH Флорида Тампа KTBW Алабама Бирмингем KBMX Алабама KEOX Алабама Хантсвилл KHTX Алабама KMXX Алабама Мобил KMOB Миссисипи /Джэксон KDGX Миссисипи KGWX Теннесси Ноксвилл/ KMRX Теннесси Мемфис KNQA Теннесси Нашвилл KOHX Кентукки Форт-Кэмпбелл KHPX Кентукки KJKL Кентукки Луисвилл KLVX Кентукки Падьюка KPAH Огайо Уилмингтон KILN Огайо Кливленд KCLE Мичиган Детройт/Понтиак KDTX Мичиган KAPX Мичиган Гранд-Рапидс KGRR Мичиган Маркетт KMQT Индиана Эвансвилл KVWX Индиана Индианаполис KIND Индиана KIWX Иллинойс Чикаго KLOT Иллинойс Линкольн KILX Висконсин Грин-Бей KGRB Висконсин Ла-Кросс KARX Висконсин Милуоки KMKX Миннесота Дулут KDLH Миннесота Миннеаполис/Сент-Пол KMPX Айова Давенпорт KDVN Айова Де-Мойн KDMX Миссури Канзас-Сити KEAX Миссури Спрингфилд KSGF Миссури Сент-Луис KLSX Арканзас Форт-Смит KSRX Арканзас Литл-Рок KLZK Луизиана KPOE Луизиана Лейк-Чарльз KLCH Луизиана Новый Орлеан KLIX Луизиана Шривпорт KSHV Техас Амарилло KAMA Техас Остин/Сан-Антонио KEWX Техас Браунсвилл KBRO Техас Корпус-Кристи KCRP Техас Даллас/Форт-Уэрт KFWS Техас Авиабаза Дайс KDYX Техас Эль-Пасо KEPZ Техас Форт-Худ KGRK Техас Хьюстон/Галвестон KHGX Техас KDFX Техас Лаббок KLBB Техас Мидленд/Одесса KMAF Техас Сан-Анджело KSJT Оклахома Фредерик KFDR Оклахома Оклахома-Сити KTLX Оклахома Норман (тестовый комплекс) Нет данных Оклахома Талса KINX Оклахома KVNX Канзас Додж-Сити KDDC Канзас KGLD Канзас Топика KTWX Канзас Уичито KICT Небраска Гранд-Айленд/Хейстингс KUEX Небраска Норт-Платт KLNX Небраска Омаха KOAX Южная Дакота Абердин KABR Южная Дакота Рапид-Сити KUDX Южная Дакота Су-Фолс KFSD Северная Дакота Бисмарк KBIS Северная Дакота Гранд-Форкс () KMVX Северная Дакота KMBX Монтана Биллингс KBLX Монтана Гласгоу KGGW Монтана Грейт-Фолс KTFX Монтана Мизула KMSX Вайоминг Шайенн KCYS Вайоминг Ривертон KRIW Колорадо Денвер KFTG Колорадо Гранд-Джанкшен KGJX Колорадо Пуэбло KPUX Нью-Мексико Альбукерке KABX Нью-Мексико KFDX Нью-Мексико KHDX Аризона Флагстафф KFSX Аризона Финикс KIWA Аризона Тусон KEMX Аризона Юма KYUX Юта Сидар-Сити KICX Юта Солт-Лейк-Сити KMTX Айдахо Бойсе KCBX Айдахо Покателло/Айдахо-Фолс KSFX Невада Элко KLRX Невада Лас-Вегас KESX Невада Рино KRGX Калифорния KBBX Калифорния Авиабаза Эдвардс KEYX Калифорния Юрика KBHX Калифорния Лос-Анджелес KVTX Калифорния Сакраменто KDAX Калифорния Сан-Диего KNKX Калифорния Сан-Франциско KMUX Калифорния Сан-Хоакин KHNX Калифорния Санта-Ана KSOX Калифорния Авиабаза Ванденберг KVBX Гавайи Кауаи PHKI Гавайи Кохала PHKM Гавайи Молокаи PHMO Гавайи Сауф-Шор PHWA Орегон Медфорд KMAX Орегон Пендлтон KPDT Орегон Портленд KRTX Вашингтон Лэнгли-Хилл KLGX Вашингтон Сиэтл/Такома KATX Вашингтон Спокан KOTX Аляска Бетел PABC Аляска Фэрбанкс PAPD Аляска Кенай PAHG Аляска Кинг-Салмон PAKC Аляска Мидлтон PAIH Аляска Ном PAEC Аляска Ситка/ PACG Гуам Андерсен PGUA Азорские острова Авиабаза Лажеш LPLA Южная Корея Авиабаза Кунсан RKJK Южная Корея RKSG Япония Авиабаза Кадена RODN
Примечания
Литература
Категория:Организации США Категория:Радиолокационная метеорология Категория:Радиолокационные станции США