Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wyznaczanie natężenia opadu na podstawie danych z radarów z podwójną polaryzacją fali elektromagnetycznej

Dzwonkowski Karol, Winnicki Ireneusz, Pietrek Sławomir

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2023

|

Vol. 72, nr 1

79--100

PL

W pracy przedstawiono wyniki pilotażowych badań stref zachmurzenia z opadem gradu na podstawie danych z radaru z podwójną polaryzacją fali elektromagnetycznej pracującego w Rzeszowie-Jasionce, który jest jednym z ośmiu radarów meteorologicznych tworzących nową sieć POLRAD zarządzaną przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej - PIB. Skanowanie atmosfery falą o podwójnej polaryzacji dostarcza znaczną ilość danych radarowych, które dokładnie opisują wykryte obiekty meteorologiczne, w tym rozmiary cząsteczek chmurowych i opadowych. Przeprowadzone badania umożliwiły jakościowy i ilościowy opis stref zachmurzenia z opadem atmosferycznym o zmiennej intensywności oraz ze zmiennym rozkładem przestrzennym i czasowym. Uzyskanie danych o strukturze strefy zachmurzenia wymaga stworzenia nowych niestandardowych zobrazowań przedstawiających horyzontalne i pionowe rozkłady odbiciowości radarowej wyznaczonej na podstawie pomiarów w kanale klasycznym radaru. Dane radarowe przetworzono z wykorzystaniem oprogramowania RAINBOW DART i RAPOK. Wygenerowano całkowicie nowe zbiory danych opadowych dla wybranego rejonu z zachowaniem zgodności miejsca oraz terminu obserwacji, w których uwzględniono natężenie opadu, stan fazowy oraz czynniki środowiskowe. Opracowane pionowe przekroje radioech wzdłuż zadanej trasy dostarczyły informacje o strukturze i aktywności badanej komórki burzowej oraz występującym rdzeniu opadowym. Natężenie opadu atmosferycznego wyznaczono z zależności Marshalla-Palmera, Jossa oraz Muchnika, w których użyto odbiciowości radarowej na wysokościach 1 km, 1,5 km i 2 km nad powierzchnią gruntu z uwzględnieniem poziomu zamarzania. W pracy przedstawiono kompleksową analizę sytuacji wystąpienia opadu gradu na podstawie danych synoptycznych oraz zobrazowań natężenia opadu i prawdopodobieństwa jego wystąpienia. Wykazano, że dostępne w sieci wymiany danych meteorologicznych standardowe zobrazowanie natężenia opadu generowane każdorazowo na podstawie zależności Marshalla–Palmera dla odbiciowości radarowej na wysokości 1 km nad powierzchnią gruntu może zawierać błędy, których zminimalizowanie wymaga dokonania zmian w algorytmach obliczeniowych. Na tym etapie badań w obliczeniach wykorzystano inne zależności, przy wyborze których uwzględniono rodzaj opadu. Natomiast dane o strukturze badanej komórki burzowej pozwoliły na obliczenia na podstawie wartości odbiciowości radarowej wyznaczonych na różnych poziomach w rdzeniu opadowym. Analizę otrzymanych radarowych danych opadowych prowadzono na podstawie zarówno danych synoptycznych, jak i klimatycznych dla badanego rejonu. W następnym etapie badań wykorzystane zostaną wyniki pomiarów terenowych prowadzonych w rejonach z rozbudowaną siecią bezpośrednich pomiarów opadów atmosferycznych. Wyniki tych badań pozwolą na rekomendowanie zależności empirycznych do wyznaczania natężenia opadu w zależności od rodzaju opadu, budowy chmury opadowej oraz warunków środowiskowych.

EN

The paper presents the results of a preliminary study of cloudiness area with hail precipitation based on data from a dual-polarisation electromagnetic wave radar operating in Rzeszów-Jasionka which is one of eight meteorological radars belonging to the POLRAD managed by the Institute of Meteorology and Water Management - National Research Institute. Atmospheric dual-polarisation wave scanning provides a significant radar data that accurately describes detected meteorological objects, including the sizes of cloud and precipitation particles. The conducted research enabled us a qualitative and quantitative description of cloudy zones with precipitation of variable intensity and variable spatial and temporal distribution. Obtaining data on the structure of the cloud cover zone requires the creation of new and non-standard imagery showing horizontal and vertical distributions of radar reflectivity determined on the basis of measurements in the classic radar channel. Radar data were processed using RAINBOW DART and RAPOK software. Completely new rainfall datasets were generated for the selected region with consistency of location and observation date, in which precipitation intensity, phase state, and environmental factors were taken into account. Developed vertical cross-sections of the atmosphere along the set route provided information on the structure and activity of the studied storm cell and the precipitation core present. Precipitation intensity was determined from the Marshall‒Palmer, Joss and Muchnik correlations, which used radar reflectivity at heights of 1 km, 1.5 km, and 2 km above the ground surface, taking into account the freezing level. The paper presents a comprehensive analysis of the hail situation based on synoptic data and images of hail intensity and hail probability. It was shown that, available in the meteorological data exchange network, the standard images of precipitation intensity generated in each case based on the Marshall-Palmer correlation for radar reflectivity at a height of 1 km above the ground surface may contain errors, which require changes in calculation algorithms to be minimised. At this stage of the research, other dependencies were used in the calculations, which took into account the type of precipitation. On the other hand, data on the structure of the studied storm cell allowed us calculations based on the values of radar reflectivity determined at different levels in the rain core. The analysis of the obtained radar precipitation data was carried out on the basis of both syn-optic and climatic data for the studied region. In the next stage of research, the results of field meas-urements carried out in regions with an extensive network of direct precipitation measurements will be used. The results of these studies will allow us to recommend empirical relationships for determining precipitation intensity depending on the type of precipitation, the structure of the precipitation cloud and environmental conditions.

2

The mathematical characteristic of the Laplace contour filters used in digital image processing. The third order filters

Winnicki Ireneusz, Jasinski Janusz, Pietrek Sławomir, Kroszczynski Krzysztof

Advances in Geodesy and Geoinformation

|

2022

|

Vol. 71, no. 2

art. no. e23, 2022

EN

The Laplace operator is a differential operator which is used to detect edges of objects in digital images. This paper presents the properties of the most commonly used third-order 3x3 pixels Laplace contour filters including the difference schemes used to derive them. The authors focused on the mathematical properties of the Laplace filters. The basic reasons of the differences of the properties were studied and indicated using their transfer functions and modified differential equations. The relations between the transfer function for the differential Laplace operator and its difference operators were described and presented graphically. The impact of the corner elements of the masks on the results was discussed. This is a theoretical work. The basic research conducted here refers to a few practical examples which are illustrations of the derived conclusions.We are aware that unambiguous and even categorical final statements as well as indication of areas of the results application always require numerous experiments and frequent dissemination of the results. Therefore, we present only a concise procedure of determination of the mathematical properties of the Laplace contour filters matrices. In the next paper we shall present the spectral characteristic of the fifth order filters of the Laplace type.

3

The mathematical characteristic of the fifth order Laplace contour filters used in digital image processing

Winnicki Ireneusz, Pietrek Sławomir, Jasinski Janusz, Kroszczynski Krzysztof

Advances in Geodesy and Geoinformation

|

2022

|

Vol. 71, no. 2

art. no. e26, 2022

EN

The Laplace operator is a differential operator which is used to detect edges of objects in digital images. This paper presents the properties of the most commonly used fifth-order pixels Laplace filters including the difference schemes used to derive them (finite difference method – FDM and finite element method – FEM). The results of the research concerning third-order pixels matrices of the convolution Laplace filters used for digital processing of images were presented in our previous paper: The mathematical characteristic of the Laplace contour filters used in digital image processing. The third order filters is presented byWinnicki et al. (2022). As previously, the authors focused on the mathematical properties of the Laplace filters: their transfer functions and modified differential equations (MDE). The relations between the transfer function for the differential Laplace operator and its difference operators are described and presented here in graphical form. The impact of the corner elements of the masks on the results is also discussed. A transfer function, is a function characterizing properties of the difference schemes applied to approximate differential operators. Since they are relations derived in both types of spaces (continuous and discrete), comparing them facilitates the assessment of the applied approximation method.

4

Prognozowanie procesów frontogenezy i frontolizy metodą Q-wektorów z zastosowaniem przetwarzania równoległego

Chaładyniak Dariusz, Jasiński Janusz, Pietrek Sławomir, Winnicki Ireneusz

Inżynieria Bezpieczeństwa Obiektów Antropogenicznych

|

2019

|

Nr 1-2

28--51

PL

Artykuł przedstawia autorską metodykę prognozowania procesów frontogenezy i frontolizy metodą Q-wektorów. Do jej realizacji wykorzystano zdjęcia satelitarne i dane numeryczne oraz zastosowano ideę przetwarzania równoległego. Metoda Q-wektorów służy do wyznaczania obszarów występowania prądów pionowych, określania ich kierunku i intensywności. Obszary Q-wektorów wskazują miejsca zbieżności i rozbieżności pola przepływu atmosfery, a tym samym wyznaczają rejony występowania prądów wstępujących i zstępujących. Obliczona na podstawie metody Q-wektorów funkcja frontogenetyczna wyznacza obszary frontogenezy i frontolizy. Przetwarzanie danych numerycznych wymaga zastosowania wydajnych systemów obliczeniowych. Zwiększanie wydajności współczesnych komputerów poprzez podwyższanie częstotliwości ich zegarów wewnętrznych w zasadzie dobiega końca. Właściwym kierunkiem rozwoju wydaje się być budowa komputerów o strukturach równoległych.

EN

The paper presents an original methodology of forecasting the frontogenesis and frontolysis processes by means of the Q-vectors method. The method became a base of vertical movements computation (including direction and intensity). The areas of Q-vectors point the areas of atmospheric flow convergence and divergence, thereby determining the appearance of regions of ascending and descending air movements. The calculated frontogenetic function determines areas of frontogenesis and frontolysis. Data processing requires the use of high performance computing. Improving the performance of modern computers by increasing the frequency of their internal clocks is basically coming to an end. Building computers with parallel structures seems to be the right direction of development.