Radiosonda Tracker

Radiosonda

Radiosonda je bateriově napájený telemetrický přístroj vynášený do atmosféry obvykle meteorologickým balónem , který měří různé atmosférické parametry a vysílá je rádiem do pozemního přijímače. Moderní radiosondy měří nebo vypočítávají následující proměnné: nadmořská výška , tlak , teplota , relativní vlhkost , vítr (jak rychlost větru, tak směr větru ), hodnoty kosmického záření ve vysoké nadmořské výšce a zeměpisná poloha ( zeměpisná šířka / délka). Radiosondy měřící koncentraci ozonu jsou známé jako ozonsondy.

Radiosondy mohou pracovat na rádiové frekvenci 403 MHz nebo 1680 MHz. Radiosonda, jejíž poloha je sledována, když stoupá, aby poskytla informace o rychlosti a směru větru, se nazývá rawinsonda ("radarová větrná sonda"). Většina radiosond má radarové reflektory a technicky jde o rawinsondy. Radiosonda, která je vypuštěna z letadla a spadne, spíše než aby byla nesena balónem, se nazývá dropsonda . Radiosondy jsou základním zdrojem meteorologických dat a po celém světě jsou denně vypuštěny stovky.

Historie

Draci létali na meteorografuMeteograf používaný americkým meteorologickým úřadem v roce 1898Pracovníci US Bureau of Standards vypustili radiosondu poblíž Washingtonu, DC v roce 1936Američtí námořníci vypouštějící radiosondu během 2. světové války

První lety aerologických přístrojů byly provedeny ve druhé polovině 19. století s draky a meteografy , záznamovým zařízením měřícím tlak a teplotu, které bylo po experimentu rekuperováno. To se ukázalo jako obtížné, protože draci byli spojeni se zemí a bylo velmi obtížné manévrovat v poryvových podmínkách. Kromě toho byla sondáž omezena na nízké výšky kvůli vazbě na zem.

Gustave Hermite a Georges Besançon z Francie jako první v roce 1892 použili k letu s meteorografem balón. V roce 1898 zorganizoval Léon Teisserenc de Bort na Observatoire de Météorologie Dynamique de Trappes první pravidelné denní použití těchto balónů. Údaje z těchto startů ukázaly, že teplota klesala s výškou až do určité nadmořské výšky, která se měnila v závislosti na ročním období, a poté se ustálila nad touto výškou. De Bortův objev tropopauzy a stratosféry byl oznámen v roce 1902 ve Francouzské akademii věd.  Jiní badatelé, jako Richard Aßmann a William Henry Dines, pracovali ve stejné době s podobnými nástroji.

V roce 1924 provedl plukovník William Blaire v americkém signálním sboru první primitivní experimenty s měřením počasí z balónu s využitím teplotní závislosti rádiových obvodů. První skutečnou radiosondu, která vysílala přesnou kódovanou telemetrii z meteorologických senzorů, vynalezl ve Francii Robert Bureau [ fr ] . Bureau vymyslel název "radiosonda" a první přístroj vzlétl 7. ledna 1929. Nezávisle vyvinutá radiosonda byla vyvinuta o rok později, Pavel Molchanov zalétl radiosondu 30. ledna 1930. Molchanovův návrh se stal oblíbeným standardem díky svému jednoduchost a protože převáděl údaje ze senzorů na Morseovu abecedu, což usnadňuje použití bez speciálního vybavení nebo školení.

Sergej Vernov, který pracoval s upravenou Molchanovovou sondou, byl první, kdo použil radiosondy k provádění měření kosmického záření ve vysokých nadmořských výškách. 1. dubna 1935 provedl měření až do vzdálenosti 13,6 km (8,5 mil) pomocí dvojice Geigerových čítačů v antikoincidenčním obvodu, aby se vyhnul počítání sekundárních paprsků.  Toto se stalo důležitou technikou v oboru a Vernov létal se svými radiosondami na souši a na moři během několika příštích let, přičemž měřil závislost záření na zeměpisné šířce způsobená magnetickým polem Země .

V roce 1936 pověřilo americké námořnictvo americký úřad pro standardy (NBS) , aby vyvinul oficiální radiosondu pro použití námořnictvem. NBS dala projekt Harrymu Diamondovi , který předtím pracoval na radionavigaci a vynalezl systém pro přistání naslepo pro letadla. Organizace vedená Diamondem se nakonec (v roce 1992) stala součástí výzkumné laboratoře americké armády. V roce 1937 Diamond, spolu se svými spolupracovníky Francisem Dunmorem a Wilburem Hinmannem, Jr., vytvořili radiosondu, která využívala modulaci audiofrekvenční subnosné pomocí relaxačního oscilátoru s odporovou kapacitou. Tato radiosonda NBS byla navíc díky použití elektrických senzorů schopna měřit teplotu a vlhkost ve vyšších nadmořských výškách než běžné radiosondy v té době.

V roce 1938 Diamond vyvinul první pozemní přijímač pro radiosondu, což podnítilo první servisní použití radiosond NBS v námořnictvu. Pak v roce 1939 Diamond a jeho kolegové vyvinuli pozemní radiosondu nazvanou "vzdálená meteorologická stanice", která jim umožňovala automaticky sbírat data o počasí na odlehlých a nehostinných místech. V roce 1940 zahrnoval systém radiosond NBS tlakový pohon, který měřil teplotu a vlhkost jako funkce tlaku. Také shromáždil údaje o tloušťce mraků a intenzitě světla v atmosféře. Díky tomuto a dalším vylepšením v ceně (asi 25 USD), hmotnosti (> 1 kilogram) a přesnosti byly po celé zemi vyrobeny stovky tisíc radiosond typu NBS pro výzkumné účely a přístroj byl oficiálně přijat americkým meteorologickým úřadem.

Diamond získal v roce 1940 cenu Washington Academy of Sciences Engineering Award a v roce 1943 cenu IRE Fellow Award (která byla později přejmenována na Harry Diamond Memorial Award) za své příspěvky k radiometeorologii.

Expanze ekonomicky důležitých vládních služeb předpovědi počasí během 30. let 20. století a jejich rostoucí potřeba dat motivovaly mnoho zemí k zahájení pravidelných programů pozorování radiosond.

V roce 1985, jako součást programu Vega Sovětského svazu , obě sondy Venuše , Vega 1 a Vega 2 , každá shodila radiosondu do atmosféry Venuše . Sondy byly sledovány dva dny.

Přestože je moderní dálkový průzkum pomocí satelitů, letadel a pozemních senzorů stále větším zdrojem atmosférických dat, žádný z těchto systémů se nemůže rovnat vertikálnímu rozlišení (30 m (98 stop) nebo méně) a pokrytí nadmořské výšky (30 km (19 mil)). radiosondová pozorování, takže zůstávají zásadní pro moderní meteorologii.

Přestože jsou po celém světě vypuštěny stovky radiosond každý den po celý rok, úmrtnosti připisované radiosondám jsou vzácné. Prvním známým příkladem bylo zabití elektrickým proudem pochůzkáře ve Spojených státech, který se v roce 1943 pokoušel vysvobodit radiosondu z vedení vysokého napětí. V roce 1970 utrpěl Antonov 24 provozující let Aeroflotu 1661 ztrátu kontroly. poté, co za letu zasáhl radiosondu, což mělo za následek smrt všech 45 lidí na palubě.

Operace

Gumový nebo latexový balónek naplněný buď heliem nebo vodíkem zvedá zařízení vzhůru atmosférou . Maximální výška, do které balón vystoupá, je určena průměrem a tloušťkou balónu. Velikosti balónků se mohou pohybovat od 100 do 3 000 g (3,5 až 105,8 oz). Jak balón stoupá atmosférou, tlak klesá, což způsobuje expanzi balónku. Nakonec se balónek roztáhne do té míry, že jeho kůže praskne, čímž se výstup ukončí. Balón o hmotnosti 800 g (28 oz) praskne ve vzdálenosti přibližně 21 km (13 mil).  Po prasknutí malý padákna podpůrném vedení radiosondy ji přivádí na Zemi. Typický let radiosondy trvá 60 až 90 minut. Jedna radiosonda z Clark Air Base na Filipínách dosáhla výšky 155 092 ft (47 272 m).

Moderní radiosonda komunikuje prostřednictvím rádia s počítačem, který ukládá všechny proměnné v reálném čase. První radiosondy byly pozorovány ze země pomocí teodolitu a podle polohy poskytly pouze odhad větru. S příchodem radaru Signal Corps bylo možné sledovat radarový cíl nesený balóny pomocí radaru SCR-658 . Moderní radiosondy mohou používat různé mechanismy pro určování rychlosti a směru větru, jako je rádiový zaměřovač nebo GPS . Hmotnost radiosondy je typicky 250 g (8,8 oz).

Někdy jsou radiosondy nasazeny tak, že jsou shozeny z letadla místo toho, aby byly vynášeny balónem. Takto rozmístěné radiosondy se nazývají dropsondy .

Spouští se rutinní radiosonda

Radiosondové meteorologické balóny se běžně používají jako prostředky pro měření atmosférických profilů vlhkosti, teploty, tlaku, rychlosti a směru větru. Vysoce kvalitní, prostorově a časově "nepřetržité" údaje z monitorování horního vzduchu spolu s povrchovými pozorováními jsou kritickým základem pro pochopení povětrnostních podmínek a klimatických trendů a poskytují informace o počasí a klimatu pro blaho společnosti. Spolehlivé a včasné informace podporují připravenost společnosti na extrémní povětrnostní podmínky a měnící se klimatické vzorce.

Na celém světě existuje asi 1300 odpalovacích míst radiosond. Většina zemí sdílí údaje se zbytkem světa prostřednictvím mezinárodních dohod. Téměř všechny rutinní starty radiosond probíhají jednu hodinu před oficiálními pozorovacími časy 0000 UTC a 1200 UTC, aby se vycentrovaly pozorovací časy během zhruba dvouhodinového výstupu.  Pozorování radiosond jsou důležitá pro předpověď počasí , sledování a varování před nepříznivým počasím a výzkum atmosféry.

Národní meteorologická služba Spojených států vypouští radiosondy dvakrát denně z 92 stanic, 69 v sousedních Spojených státech, 13 na Aljašce, devět v Pacifiku a jedna v Portoriku. Podporuje také provoz 10 radiosondových lokalit v Karibiku . Seznam pozemních odpalovacích míst provozovaných v USA lze nalézt v příloze C, US Land-based Rawinsonde Stations Federal Meteorological Handbook #3, s názvem Rawinsonde and Pibal Observations z května 1997.

Spojené království vypouští radiosondy Vaisala RS41 čtyřikrát denně (hodinu před 00, 06, 12 a 18 UTC) z 6 startovacích míst (z jihu na sever): Camborne , (lat, lon)=(50,218, -5,327) , JZ cíp Anglie; Herstmonceux (50,89, 0,318), poblíž JV pobřeží; Watnall , (53,005, -1,25), střední Anglie; Castor Bay, (54,50, -6,34), poblíž jihovýchodního rohu Lough Neagh v Severním Irsku; Albemarle, (55,02, -1,88), SV Anglie; a Lerwick , (60,139, -1,183), Shetland , Skotsko.

Využití pozorování horního vzduchu

Surová data o horním vzduchu jsou rutinně zpracovávána superpočítači s numerickými modely. Prognostici často prohlížejí data v grafickém formátu, zakreslená do termodynamických diagramů , jako jsou Skew-T log-P diagramy , Tefigramy nebo Stüve diagramy , všechny užitečné pro interpretaci vertikálního termodynamického profilu atmosféry teploty a vlhkosti a také kinematiky . vertikálního profilu větru.

Radiosondová data jsou velmi důležitou součástí numerické předpovědi počasí. Protože sonda může během 90- až 120 minutového letu unášet několik set kilometrů, může existovat obava, že by to mohlo způsobit problémy při inicializaci modelu.  Zdá se však, že tomu tak není, snad s výjimkou místně v oblastech tryskových proudů ve stratosféře.Tento problém mohou v budoucnu vyřešit meteorologické drony , které mají přesnou kontrolu nad svou polohou a dokážou kompenzovat drift.

Je smutné, že v méně rozvinutých částech zeměkoule, jako je Afrika, která je velmi zranitelná vůči dopadům extrémních povětrnostních jevů a klimatických změn, je nedostatek povrchových a horních pozorování. Na alarmující stav problému nedávno upozornila Světová meteorologická organizace , která uvedla, že "od roku 2015 do roku 2020 došlo k dramatickému poklesu téměř o 50 % v počtu letů a/nebo pozorování radiosondami, což je nejdůležitější typ. povrchových pozorování pro předpověď počasí a analýzu klimatu" a navíc "má nyní horší geografické pokrytí". Během posledních dvou desetiletí asi 82 ​​% afrických zemí zaznamenalo závažný (57 %) a střední (25 %) nedostatek údajů o radiosondách .. Tato zoufalá situace vyvolala výzvu k naléhavé potřebě zaplnit mezeru v údajích v Africe i na celém světě. Vzhledem k obrovskému nedostatku dat v tak velké části celosvětové pevniny, kde žijí některé z nejzranitelnějších společností, výše uvedená výzva podnítila celosvětové úsilí o "vyplnění mezery v datech" v nadcházejícím desetiletí a zastavení dalšího zhoršování pozorovací sítě.

Mezinárodní regulace

Podle Mezinárodní telekomunikační unie je meteorologická pomocná služba (také: radiokomunikační služba meteorologických pomůcek ) - podle článku 1.50 Radiokomunikačního řádu ITU (RR) - definována jako " radiokomunikační služba používaná pro meteorologické, včetně hydrologické, pozorování a průzkum". Dále podle článku 1.109 ITU RR:

Přidělení frekvence

Přidělování rádiových kmitočtů je zajištěno podle článku 5 Radiokomunikačního řádu ITU (vydání 2012).

Za účelem zlepšení harmonizace ve využívání spektra byla většina přidělení služeb uvedených v tomto dokumentu začleněna do národních tabulek přidělení a využití kmitočtů, což je v odpovědnosti příslušné národní správy. Alokace může být primární, sekundární, exkluzivní a sdílená.

• primární alokace: označuje se psaním velkými písmeny (viz příklad níže)
• sekundární přidělení: je označeno malými písmeny
• výhradní nebo sdílené využití: je v odpovědnosti správ

Vojenské využití v pásmech s civilním využitím však bude v souladu s Radiokomunikačním řádem ITU.

Příklad přidělení frekvence

Radiosonda je automatický rádiový vysílač ve službě meteorologických pomůcek, který se obvykle nosí na letadle , volném balónu , draku nebo padáku a který přenáší meteorologická data. Každý rádiový vysílač je klasifikován radiokomunikační službou , ve které trvale nebo dočasně působí.

Přidělení do služeb
Region 1 Region 2 Oblast 3
401-402 MHz METEOROLOGICKÉ POMŮCKY
VESMÍRNÝ PROVOZ (sestupný směr)
DRUŽICOVÝ PRŮZKUM ZEMĚ (Země-vesmír)
METEOROLOGICKÝ DRUŽICOVÝ (ze země-vesmír)
Pevné
mobilní kromě leteckých mobilních