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

Analysis of the Z-R relationship using X-Band weather radar measurements in the area of Athens

Pappa Athina, Bournas Apollon, Lagouvardos Konstantinos, Baltas Evangelos

Acta Geophysica

|

2021

|

Vol. 69, no. 4

1529--1543

EN

This research work focuses on the investigation of the Z-R relationship impact on weather radar rainfall estimates, through the correlation of a X-Band weather radar estimates and rain gauge measurements in the region of Attica, Greece. The methodology followed in this work is performed into two sections, where frst, a framework is applied in order to access the raw rainscanner datasets and convert them into a compatible form for comparison, since the radar measurements consist of gridded refectivity values of 2-min temporal scale, whereas the rain gauge measurements pertain to 10-min point precipi tation measurements. Secondly, a statistical analysis is performed, regarding the spatial variability of the Z-R relationship for a single event. Specifcally, four Z-R relationships are used and compared based on the correlation with the actual rain gauge measurements, for each station, and the results are then shown upon the study area. The results provide with important fndings about the spatial distribution of the optimal Z-R relationship based upon the proximity of the stations to the weather radar location, the coastline and station elevation.

3

Wykorzystanie disdrometru laserowego do kalibracji obrazów pochodzących z radarów opadowych na przykładzie Warszawy

Licznar P., Siekanowicz-Grochowina K.

Ochrona Środowiska

|

2015

|

Vol. 37, nr 2

11--16

PL

Problemy związane z eksploatacją przeciążonych systemów kanalizacji ogólnospławnej w największych miastach w Polsce wymuszają rozwój systemów sterowania nimi w czasie rzeczywistym (RTC), jak również skłaniają do postępu w modelowaniu hydrodynamicznym miejskich systemów odwadniania. Praktyczne wdrożenie tych działań w dużych aglomeracjach wymaga dostępu do nowego źródła informacji o strukturze przestrzenno-czasowej pól opadowych. Można to obecnie osiągnąć jedynie przez wykorzystanie techniki radarów opadowych, jednakże najpierw potrzebne jest wypracowanie skutecznych technik kalibracji sygnałów radarowych. Mając to na uwadze zbadano możliwość zastosowania disdrometru laserowego OTT Parsivel2 do konwersji odbiciowości radarowej (Z) na natężenie opadów (R). Analizie poddano zbiory pomiarowe z 2013 r. zarejestrowane przez disdrometr zainstalowany w Warszawie (Polska). Zależności Z–R opracowano przy różnych rozdzielczościach czasowych w zakresie od 10 s do 10 min. Wykazano, że zależności Z–R mają typową strukturę zależności potęgowych, a ich parametry (a=155 i b=1,53), wyznaczone przy wyjściowej rozdzielczości czasowej 10 s były zbliżone do najczęściej publikowanych parametrów zależności w przypadku opadów atmosferycznych zdominowanych przez deszcze. Ponadto zauważono wyraźną zmianę parametrów zależności Z–R przy zmieniającej się rozdzielczości czasowej analizy. Zwiększenie wartości parametru a i jednoczesny spadek wartości parametru b był obserwowany wraz z wydłużającym się czasem rozdzielczości czasowej prowadzonych badań. Zjawisko to może być tłumaczone uśrednianiem wartości Z i R przy wydłużających się oknach czasowych analizy.

EN

Exploitation problems with overloaded combined drainage systems in the biggest cities of Poland prompt development of the Real Time Control (RTC) systems as well as encourage progress in hydrodynamic modelling of urban drainage systems. Practical implementation of these activities in big agglomerations requires access to a new source of information about spatio-temporal structure of rainfall fields. Currently, this could be only achieved by implementation of weather radar techniques. A prerequisite here, however, is the development of effective radar signal calibration techniques. With this in mind, a possibility of laser disdrometer OTT Parsivel2 application to conversion of radar reflectivity (Z) into precipitation rate (R) was explored. The observational sets from year 2013 recorded by the disdrometer installed in Warsaw, Poland were analyzed. Z–R relationships were determined at various time resolutions in the range from 10 s to 10 min. A typical power-law relationship was found to describe them, while their parameters (a=155 and b=1.53), obtained at the initial time resolution of 10 s, were at the level of those most often published for rainfall-dominated precipitations. Moreover, a significant shift in Z–R parameters was noticed with changing temporal resolution of the analysis. An increase in the parameter a with simultaneous decrease in the parameter b was observed when extending the time of temporal study resolution. The phenomenon could be explained by averaging of Z and R values when extending temporal windows of resolution.

4

Wyznaczanie natężenia opadów atmosferycznych na podstawie danych z radarów meteorologicznych w aspekcie bezpieczeństwa transportu lądowego

Pietrek S., Jasiński J., Chaładyniak D., Winnicki I., Krawczyk K.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

5298--5306, CD 2

PL

W prowadzonych badaniach wykorzystano podstawowe i hydrologiczne produkty radarowe, które zostały opracowane na podstawie wyników pomiarów wykonanych w kanale klasycznym oraz zależnościempirycznych pomiędzy natężeniem opadów a odbiciowością radarową wykrytych hydrometeorów. Otrzymane produkty radarowe z pojedynczego radaru pozwalają na ocenę sytuacji meteorologicznej i hydrologicznej na obszarze o powierzchni ponad 100000 km2 z częstością co 10 minut. Zastosowanie radarów meteorologicznych, w których wiązka radarowa jest o podwójnej polaryzacji pozwoliło na zakwalifikowanie otrzymanych radioech do odpowiedniej klasy zjawisk atmosferycznych. Znaczenie danych radarowych wzrasta jeżeli na zabezpieczanym obszarze jest rzadka sieć bezpośrednich pomiarów meteorologicznych. Dane radarowe wykorzystywane w analizie stanu warunków atmosferycznych w badanym rejonie pozwalają na kompleksową ocenę ich wpływu na bezpieczeństwo transportu lądowego (stan nawierzchni dróg, ograniczenie widoczności).

EN

The paper presents the basic and hydrological radar products developed using the results of radar measurements in the classic channel and empirical relations between the precipitation intensity and the radar reflectivity of the detected hydrometeors. The obtained products from a single radar enable to assess the meteorological and hydrological situation in an area of over 100,000 km2 at 10 minutes intervals. Application of dual polarization meteorological radars enables to classify the obtained radar echoes to echo classes of specific atmospheric phenomena. The value of the radar data increases in areas of sparse networks of direct meteorological measurements. The radar data used for atmospheric conditions analyses in an area enable comprehensive assessment of their impact on the land transportation safety (road surface conditions, limited visibility).

5

Rainfall estimates from radar vs. raingauge measurements. Warsaw case study

Jakubiak B., Licznar P., Malinowski S. P.

Environment Protection Engineering

|

2014

|

Vol. 40, nr 2

159--170

EN

Contemporary models of urban hydrology and especially hydrodynamic models of stormwater systems demand on supply with high resolution spatial and temporal precipitation information. A plausible solution of precipitation information acquiring over urban catchments is seen in coupling of radar signals and raingauge networks measurements. Suitability of this approach is tested in the case of standard C-band weather radar and the dense network of fast-response raingauges. Rainfall rate estimated based on dependence on the reflectivity factor (Z-R relationship) in single pixels of the radar image are compared to rainfall rates measured by 25 raingauges located in Warsaw, Poland. In the analyzed period, 23 precipitation days with rain from convective clouds and cloud systems are detected. The main conclusion is that despite the fact that adopted Z-R relationship holds well in statistical sense (i.e. the whole period long empirical probability distribution functions (PDFs) of estimated and measured rainfall rates are in good agreement), instantaneous measurements and estimates as well as short-term (one day) PDFs differ remarkably. These differences are not systematic, they vary from the raingauge to raingauge and from day to day. Moreover, the most remarkable differences are associated with the highest rainrates which should be carefully considered prior radar data use as input for urban hydrology modelling.

6

Tornado w rejonie Częstochowy – 20 lipca 2007. Część II. Symulacje komputerowe i analiza

Parfiniewicz J.

Przegląd Geofizyczny

|

2009

|

Z. 3-4

161-182

PL

20 VII 2007 r. eksplozja gwałtownej konwekcji dotknęła liczne kraje Europy, a w Polsce powodując tornado. Niniejsza praca stanowi kontynuację części I: w tej części pracy skoncentrujemy się na szczegółowej analizie powstawania superkomórki i zjawiska tornada z wykorzystaniem przeprowadzonych symulacji komputerowych. Odbiciowość z radarów Ramża, Pastewnik i Legionowo została złożona tak, aby odtworzyć 3-wymiarową historię rozwoju systemu konwekcyjnego nad południową Polską z superkomórką burzową generującą tornado w pobliżu Częstochowy. Do interpretacji kompozycji radarowych wykorzystano symulacje komputerowe ze zmienną rozdzielczością, dane satelitarne i dane z systemu detekcji wyładowań PERUN, co pozwoliło wnioskować nawet o takich subtelnych procesach, jak prawo i lewoskrętność ruchu układów wiatrowych konwekcyjnego systemu tornada. Tym niemniej konwekcyjne struktury wody chmurowej, symulowane przez model, pozostały niedoszacowane - istnieje przypuszczenie, że w danym przypadku o nieudanej prognozie chmury konwekcyjnej zadecydowała zbyt skąpa rozdzielczość modelu w obszarze ageostroficznego przepływu mas powietrza pod prądem strumieniowym.

EN

On the 20 July 2007 explosive convection weather event has affected number of Europe countries and promoting tornado in Poland. This work is continuation of the part I: here we concentrate on the detail analysis of supercell and tornado generation basing on computer simulations by COSMO-Lm nonhydrostatic model. The radar reflectivity from Ramża, Pastewnik, Legionowo Doppler radars has been used in a way to restore - possibly real - 3D development history of the convective system over southern Poland with the giant supercell storm that produced tornado near Częstochowa. To interpret radar compositions we used computer simulations with different resolutions, satellite data and lightening detection system data PERUN. Many synoptic futures were correctly reproduced by the model and helped to understand the mechanisms of the case and deduce even such subtle processes like right and left moving wind patterns of tornado convective system. Nevertheless the cloud water convective structures as simulated by model remain underestimated. One of the fault reasons is that the proper radar assimilation scheme was not adopted, but the second suspicion is that the ageostrophic flow just under the jet stream was not adequately represented.