Диссертация (1149467), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Подробнеедля грозовых дней см. в приложении Г.Рис. 4.13. Попарное сопоставление грозовой активности, локализованнойразностно-дальномернойсистемойSAFIR(леваячастьпары)игрозопеленгатором-дальномером (правая часть) за смежные 15-минутныеинтервалы регистрации в грозовой день 23 мая 2001 г.Эти рисунки отображают типичные особенности грозовой активности,присущие различным грозовым дням. Так, наблюдается заметно меньшее(почтинапорядок)относительноколичествоколичестваразрядов,молниевыхзарегистрированныхвспышек,ГПДобнаруженныхилокализованных SAFIR. Это объясняется настройкой ГПД на регистрациютолько сильноточных обратных ударов земля-облако, осуществляемой путемселекцииатмосфериковподлительности154ихпервойполуволны,составляющей не менее 35 мкс, и выбором относительно высокого порогасрабатывания (около 300 мВ/м). Значительная доля повторных разрядовтакже выпадала из обработки вследствие большого "мертвого" времени(около 0,5 с) дальномерного алгоритма.
Приведенные иллюстрациихарактеризуютактивности,неплохоекачественноеотображаемоесистемойсоответствиеSAFIRикартингрозовойгрозопеленгатором-дальномером.В целом по результатам обработки всех данных за грозовые дни: 23 и 31мая, 28 июня, 06, 07 и 10 июля 2001 года можно сделать следующие выводы.1. Имеет место пропуск ГПД отдельных грозовых кластеров, выделенных поданным SAFIR. Обычно такие пропуски наблюдаются на начальнойстадии развития многоячейковых долгоживущих (до нескольких часов)грозовых очагов, что может приводить к задержке в определении ГПДначала возникновения грозовой активности, в некоторых случаяхдостигающейнесколькихдесятковминут.Количествопропусковотдельных изолированных короткоживущих (до 30 минут) грозовых ячеексоставило 10…15%.
Как правило, все пропуски соответствуют грозовымячейкам с подавляющим преобладанием внутриоблачных молниевыхвспышек;2. Величина среднеквадратичных случайных погрешностей дальнометрии,полученных при сопоставлении синхронных данных, имеет наименьшеезначение 5…7% в интервале дальностей 30…50 км, увеличивается до 10%в интервале расстояний до 70 км и достигает 15…20% на расстоянияхоколо 100 км;3. относительное систематическое смещение центров отдельных кластеров,выделенных и отождествленных по данным локации, может достигатьнескольких километров на расстояниях свыше 50…60 км. Эти результатыукладываютсявпределымодельныхоценокпогрешностей,обусловленных внешними помехами.В данной работе предлагается создание интегрального алгоритмадальнометриисреднейзоны,основанногонаиспользованиисформированного банка канонических форм атмосфериков (глава 3),рассчитанногодляразныхтиповсигналов,расстоянийиусловийраспространения.
Работа дальномера строится по принципу нахождения155[E exp (ti ) − E bank (ti )]∑Δ=2∑ [E bank (ti )]2минимума невязкимежду экспериментальнозарегистрированной формой сигнала E exp и образцами банка данных E bank .Расстояние до источника оценивается по образцу, обеспечивающемуминимум невязки. Экспериментальная проверка работы дальномера среднейзоныосуществляласьспомощьюразностно-дальномернойсистемыWetterzentrale (точность 30…40 км).
На Рис. 4.14 представлены картыгрозовой активности за 27, 28-06-2001, где на фоне локаций Wetterzentrale(крестики) отмечены локации дальномера (кружки). Все обработанныегрозовые дни в июне-июле 2001 г. представлены в приложении Д.Рис. 4.14. Карта грозовой активности за грозовые дни 27, 28-06-2001.Крестиками отмечены местоположения молниевых разрядов, определенные спомощью разностно-дальномерной системы Wetterzentrale, кружками –однопунктовым дальномером средней зоны.По результатам оценки работы алгоритма дальнометрии средней зоныможно сказать, что он обеспечивает удовлетворительную точность (порядка5…15%) при определении расстояния.4.3.
Методика информативного отображения грозовой активностиВажной стороной мониторинга грозовой активности является ееинформативное отображение. В главе рассматривается метод отображения ихранения данных о местоположении молниевых разрядов, основанный на156применениикластерногоанализа,которыйпозволяетвыделятьпространственно разнесенные очаги (кластеры) грозовой активности исоотносить регистрируемое излучение (используемое для решения задач,связанных с оценкой текущей фазы грозы и краткосрочным прогнозом ееразвития) с выделенными очагами.4.3.1.Трассирование грозовой активностиПрименим кластерный анализ для информативного отображениягрозовой активности. Треки центров кластеров (ТЦК), сформированные втечение часовых интервалов регистрации, начинающихся в 15, 17 и 19 часовместного времени, для сеанса регистрации 10.06.96 г.
представлены на Рис.4.15. Эти треки наложены на изображения радиолокационной отражаемостиоблаков, зафиксированные в конце каждого из рассмотренных интервалов.Видно хорошее соответствие ТЦК облачным ячейкам с отражаемостью >40дБ (инкремент отражаемости, соответствующий изменению плотностиизображения на рисунке, составляет 4дБ). Рис. 4.16 иллюстрирует временнуюизменчивость за весь период регистрации текущих значений числа кластеров,сформированных в последовательные часовые интервалы наблюдений, ичисла ячеек с данной отражаемостью, зафиксированных в этих жеинтервалах.
Значительная корреляция приведенных кривых (коэффициенткорреляции составляет 0.91) также подтверждает обоснованность выборапараметров кластеризации в указанных выше пределах. Приведенный способотображения грозовой активности в виде ТЦК позволяет анализироватьпространственно-временную структуру в реальном времени, оценитьдинамику изменения пространственного распределения гроз в различномвременноммасштабе(отнесколькихчасовдонесколькихсуток),направление и скорость развития грозовой активности. Меняя значениеначального радиуса кластера, можно менять масштаб этого отображения.При указанных выше параметрах кластеризации формируемые кластерысоответствуют отдельным конвективным ячейкам одноячейковых грозовыхоблаков или последовательно развивающимся отдельным ячейкам илигруппам из двух-трех ячеек в многоячейковых облаках.
В последнем случае157радиус формируемого кластера может значительно увеличиваться, достигая25…30 км.NRadar10/06/199625NSAFIR2015105013:00Time15:0017:0019:0021:00Рис. 4.15. ТЦК, сформированные в Рис. 4.16. Временные вариации числапроцессеэволюциигрозовой конвективныхоблачныхактивности 10.06.96 г. в течение (зафиксированныхчасовыхинтерваловнаячеекуровневремени, радиолокационной отражаемости 40начинающихся в 15:00, 17:00 и 19:00 дБ) и количества кластеров (с r0 =10ч. местного времени, наложенные на км, nmin = 8 ).радарные отражения облачности,зафиксированныевконцерассматриваемых интервалов.Какследуетизанализарезультатовпримененияпроцедурыкластеризации, можно выделить два четко выраженных типа гроз.Первыйтип–многоячейковыегрозысвысокойскоростьюпередвижения (до 50 км/ч), движущиеся по близким к прямым траекториям.Эти грозы обычно образуются вдоль холодных фронтальных разделовглубоких циклонов.
Треки центров кластеров такого типа гроз образуютпространственную картину в виде достаточно широкой (50…150 км) ивытянутой (200…300 км) полосы. Как правило, направление движениякластеров ортогонально направлению перемещения фронта грозы исовпадает с направлением ведущего потока, определяемого по высотнымкартам.158Второй тип – внутримассовые грозы с недолгоживущими (до 30 мин),короткими (до 30 км) кластерами, место появления и направление которых, вотличие от гроз первых двух типов, непредсказуемо.Можно выделить также третий (промежуточный) тип – многоячейковыегрозы с достаточно длинными (до 100 км), но менее упорядоченнымикластерами. Такой тип гроз характерен для вторичных фронтов.Типичные примеры пространственного распределения гроз приведенына Рис.
4.17.б)а)в)г)Рис. 4.17. Отображение молниевой активности фронтальной грозы 6 июля2001 г. (а, б) и внутримассовой грозы 10 июля 2001 г. (в, г) в виде точек итреков центров кластеров.Примеры отображения отдельных кластеров приведены на Рис. 4.18.1592001062820010628Clusters 10, 51, 262, 298Cluster 121, 13:00-16:002001070620010710Cluster 231 18:00-23:00Clusters 16, 33Рис. 4.18. Отображение выделенных кластеров молниевой активности в видетреков центров кластеров.Некоторые параметры представленных кластеров приведены в Табл.
4.1.160Табл. 4.1. Основные параметры распределений20010628, Кластер 1020010628, Кластер 51Время00:41:41 - 02:21:50 Время 02:33:19 - 03:08:45R= (104 ± 7) kmR= (54 ± 3) kmAz= (341 ± 2) °Az= (338 ± 2) °N= 132N= 2920010628, Кластер 12120010628, Кластер 262Время12:54:41 - 15:53:37 Время 11:50:09 - 12:56:10R= (68 ± 10) kmR= (63 ± 5) kmAz= (105 ± 18) °Az= (31 ± 7) °N= 3605N= 9020010628, Кластер 29820010706, Кластер 231Время11:57:11 - 12:54:02 Время 18:27:52 - 20:14:00R= (74 ± 7) kmR= (78 ± 8) kmAz= (84 ± 5) °Az= (314 ± 13) °N= 294N= 249020010710, Кластер 16&3320010710, Кластер 177Время04:34:54 - 07:34:54 Время14:29:54 - 16:18:10R= (181 ± 14) kmR= (63 ± 6) kmAz= (110 ± 6) °Az= (96 ± 6) °N= 161N= 361Здесь R – расстояние от пункта регистрации до центра кластера;Az – азимут на кластер;N – количество разрядов в кластере.Рассмотрим два грозовых дня, представляющих фронтальную итепловую грозы.161Рис.
4.19. Примеры ТЦК гроз первого и второго типов, зарегистрированных10.06.96 г. и 31.07.95 г.На Рис. 4.20 - Рис. 4.21 даны кривые, характеризующие временнуюизменчивость некоторых параметров молниевых вспышек, усредненных по5-минутным интервалам наблюдений: интенсивность молниевых вспышектипов ВО и ОЗ и их отношение, а также длительность и протяженность.ОЗ3560 В О/ОЗ30В О/ОЗ120251002080156010405204030302020101000012:0014:0016:0018:0020:00Вре мя22:00140ВО10:00Отношение ВО/ОЗ5040Отношение ВО/ОЗИнтенсивность М В,1/м ин50ОЗ31-07-9570 В ОИнтенсивность М В,1/м ин10-06-9660012:0014:0016:0018:0020:00 Вре м яРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
