터미널 도플러 기상 레이더

Terminal Doppler Weather Radar
미국의 TDWR이 있는 공항.푸에르토리코 산후안에 있는 또 다른 곳은 이 지도에 표시되어 있지 않다.

Terminal Doppler Weather Radar(TDWR; 터미널 도플러 기상 레이더)는 3차원 "연필 빔"을 갖춘 도플러 기상 레이더 시스템으로, 주로 미국 [1]내 뇌우에 많이 노출되어 있는 기후에 위치한 주요 공항의 상공 및 그 부근에서 위험한 윈드시어 조건, 강수량 및 바람을 감지하는 데 사용된다.2011년 현재, 45개의 운영 레이더를 보유하고 있으며, 일부는 미국 및 푸에르토리코 [2][3]전역의 주요 대도시 지역의 여러 공항을 포괄하고 있다.비슷한 기상 레이더는 중국(홍콩)[4][5]과 같은 다른 나라에도 판매되고 있다.미국 연방항공청(FAA)의 자금 지원을 받는 TDWR 기술은 1990년대 초 매사추세츠공과대학(Massachusetts Institute of Technology)의 일부인 링컨 연구소에서 실시간 윈드시어 감지 및 고해상도 강수량 [6]데이터를 제공하여 항공 교통 관제사를 지원하기 위해 개발되었습니다.

TDWR의 주요 장점은 기존 기상 레이더에 비해 분해능이 더 가늘다는 것이다. 즉,[1] 대기의 더 작은 영역을 볼 수 있다는 것이다.TDWR이 기존 레이더 시스템보다 빔이 좁고 지상의 혼란을 줄이기 [6]위해 알고리즘 세트를 사용하기 때문입니다.

특성.

TDWR은 5600~5650MHz(5cm 파장)의 주파수 대역에서 좁은 빔과 0.5도의 각도 분해능을 가진 반송파를 사용하며 피크 전력은 250kW입니다.반사율에서 거리 분해능은 레이더로부터 135km 이내에서 150m(500ft), 레이더로부터 [1]135km(84mi)에서 460km(290mi)까지 300m(1,000ft)이다.이러한 차이가 발생하는 이유는 폭 분해능이 각도이고 빔의 폭이 매우 커지며 분해능 볼륨에서 데이터의 더 나은 평균을 얻으려면 범위 펄스 빈의 수를 늘려야 하기 때문입니다.이 컷오프는 소프트웨어에 대해 임의로 135km(84mi)로 설정됩니다.

반경 속도에서 데이터는 최대 각도 분해능 0.5도, 범위 분해능 150m(490ft)[1]의 레이더에서 최대 90km(56m)까지 사용할 수 있다.사용되는 펄스 반복 주파수(PRF)로 인해 앨리어싱이 있으며 최대 모호하지 않은 속도는 20~30노트(23~35mph, 37~56km/h)[1]입니다.

TDWR은 1분마다 지구 표면에서 0.1~0.3도 기울어진 각도로 지표면 근방 스캔을 수행할 수 있다.또한 레이더가 대기 조건의 완전한 그림을 얻기 위해 여러 다른 경사 각도에서 관측하는 복합 스캔을 수행할 수 있습니다. 이러한 복합 스캔에는 각각 6분이 [1][4]소요됩니다.

NEXRAD와의 비교

TDWR 리턴(위)과 NEXRAD 리턴(아래)은 반사율에서 향상된 분해능을 보여주지만, 또한 검은색 갭으로 많은 강수로부터의 흡수에 의한 TDWR의 감쇠도 보여준다.

이점

현재 미국 국립기상청(NWS)이 사용하고 있는 NEXRAD 기상레이더는 스캔한 각도 수와 MESO-SAIL의 활성 여부에 따라 4.5~10분 간격으로 완전 스캔이 가능한 10cm 파장(2700~3000MHz) 레이더로 볼륨 스캔을 완료하는 동안 추가 저레벨 스캔이 추가된다.해상도는 폭 0.5도, 범위 250m(820ft)입니다.모호하지 않은 방사 속도는 [1][4]레이더로부터 최대 230km(140mi)까지 62노트(71mph; 115km/h)이다.

TDWR의 범위 분해능은 기존의 NEXRAD 방식의 거의 2배입니다.이를 통해 강수 패턴, 특히 뇌우, 반사율 및 반경 속도에서 작은 특징에 대해 훨씬 더 자세히 알 수 있다.그러나 이 보다 미세한 해상도는 레이더에서 135km(84mi)까지만 사용할 수 있으며, 그 이상은 NEXRAD 해상도에 가깝습니다.그러나 2008년 8월 이후 NEXRAD의 오버샘플링은 반사율 데이터의 낮은 고도에서 분해능을 0.5도 증가시키고 도플러 속도 데이터의 범위를 300km(190mi)[8][9]로 증가시켰다.따라서 이러한 고도에 대한 TDWR의 장점이 감소합니다.

단점

주요 기사:기상 레이더

TDWR과 NEXRAD는 서로 다른 영공 체제를 최적으로 볼 수 있도록 설계된 중복 커버리지로 서로를 보완한다.단거리(55nmi 범위)에 걸친 TDWR의 신속한 업데이트 속도는 터미널 영공에서 마이크로스케일 기상 이벤트를 신속하게 포착한다.NEXRAD는 높은 고도, 터미널 공역 위 및 터미널 간 먼 곳에서 여러 경로 기능을 제공하도록 설계된 장거리 레이더(200nmi 범위)입니다.NEXRAD의 느린 업데이트 속도는 더 넓은 부피를 커버하며, 중간 규모의 기상 이벤트를 포착합니다.10cm(3.9인치) 파장보다 빗방울 크기에 가까운 짧은 5cm(2.0인치) 파장은 강수에 의해 부분적으로 흡수됩니다.이는 TDWR을 사용하는 데 중대한 결점이 됩니다.이는 폭우 시 신호가 강하게 감쇠될 수 있기 때문입니다.이 감쇠는 레이더가 폭우를 "시선"할 수 없으며, 레이더와 폭풍 사이에 폭우가 내릴 때 토네이도의 징후를 포함할 수 있는 강한 뇌우와 같은 혹독한 날씨를 놓칠 수 있다는 것을 의미합니다.Radome에 폭우가 내릴 때 TDWR의 범위는 더욱 제한됩니다.[1][4]마지막으로 TDWR이 스캔한 뇌우 중의 우박은 파장보다 [1][4]크기 때문에 신호를 완전히 차단할 수 있습니다.

두 번째 문제는 모호하지 않은 더 작은 방사 속도 또는 나이키스트 속도입니다.즉, TDWR의 경우 앨리어싱으로 인해 30노트(35mph; 56km/h) 이상의 속도로 이동하는 강수 속도가 잘못 분석됩니다.이를 수정하는 알고리즘이 항상 올바른 결과를 제공하는 것은 아닙니다.NEXRAD는 임계값이 두 배 높기 때문에(62노트(71mph; 115km/h)) 처리와 해석이 덜 필요하다.이러한 이유로 메소사이클론과 같은 소규모 특징에 대한 레이더 반사율의 분해능은 TDWR에서 더 좋을 수 있지만, 속도 분해능은 더 나쁘거나 최소한 부정확하게 분석될 수 있다.

따라서 TDWR을 근처의 기존 NEXRAD와 함께 사용하여 누락되지 않도록 하는 것이 가장 좋습니다.인접 미국(지형으로 인해 일부 구멍 있음)에 대한 전국적인 커버리지를 가지고 있는 NEXRAD와 대조적으로, TDWR은 주요 공항을 위한 산발적인 커버리지를 가지고 있다.국가의 특정 지역(Northest Megalopolis, 오하이오 및 플로리다 주, 오클라호마 및 텍사스 토네이도 앨리의 남서쪽 지역)은 TDWR 장치의 밀도가 높은 반면, 다른 지역(서해안 전체, 북부 대초원 및 록키 산맥, 남부 일부, 북부 펜실베니아에서 이어지는 연장선)은 TDWR 장치의 밀도가 높다.뉴욕 북부 및 뉴잉글랜드 북부)에 TDWR 커버리지가 없습니다.

데이터 처리 개선

NSSL(National Severse Storms Laboratory)은 TDWR 및 NEXRAD 레이더에서 얻은 데이터에서 추출한 레이더 제품의 개발 및 개선 프로그램을 보유하고 있다.혹독한 날씨 경고 애플리케이션 및 기술이전(SWAT) 그룹은 미국 기상청과 FAA가 후원합니다.2009년에는 비기상 에코의 더 나은 필터링, 속도의 더 나은 딜라이징 알고리즘, 하나 이상의 레이더에서 풍장의 수평 성분을 추출하는 기법에 대해 연구하고 있다.NSSL은 1990년대 [10]후반부터 NWS 오피스에 TDWR 데이터를 제공하고 있습니다.NWS의 RAC(Radar Operations Center)는 NEXRAD 네트워크에 초점을 맞추고 있지만 TDWR과도 함께 작동합니다.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g h i "Terminal Doppler Weather Radar - Supplemental Product Generator (TDWR-SPG)". National Weather Service. Retrieved August 5, 2017.
  2. ^ "Search Proximity to Terminal Doppler Weather Radars (TDWRs)". Spectrum Bridge, Inc. Archived from the original on 7 March 2012. Retrieved 4 August 2011.
  3. ^ "TDWR Locations and Frequencies". WISPA. Retrieved 18 July 2017.
  4. ^ a b c d e "Wunderground launches high-definition radar product". Dr. Jeff Masters' WunderBlog. Weather Underground. 15 December 2008. Retrieved 2018-06-21.
  5. ^ Chi M. Shun and Sharon S. Y. Lau (2000). "Terminal Doppler Weather Radar (TDWR) observation of atmospheric flow over complex terrain during tropical cyclone passages". Proc. SPIE. 4152 (42): 42. Bibcode:2000SPIE.4152...42S. CiteSeerX 10.1.1.551.3486. doi:10.1117/12.410622. S2CID 130709921.
  6. ^ a b "Terminal Doppler Weather Radar (TDWR)". MIT Lincoln Laboratory. Retrieved 4 August 2009.
  7. ^ https://www.roc.noaa.gov/wsr88d/PublicDocs/NewTechnology/MESO-SAILS_Description_Briefing_Jan_2014.pdf[베어 URL PDF]
  8. ^ "Build10FAQ". Radar Operations Center. National Oceanic and Atmospheric Administration. Archived from the original on 2008-07-04.
  9. ^ "RPG SW BUILD 10.0 – INCLUDES REPORTING FOR SW 41 RDA". Radar Operations Center. National Oceanic and Atmospheric Administration.
  10. ^ "WSR-88D/TDWR Operational Product Development and Improvement". Warning Applications Research. National Severe Storms Laboratory. 2009. Archived from the original on 2011-05-19. Retrieved 2009-09-18.

외부 링크