www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Polarimetrik Radar

Resim 1: Polarimetrik radarın stilize edilmiş ölçüm yöntemi

Resim 1: Polarimetrik radarın stilize edilmiş ölçüm yöntemi

Polarimetrik radarın stilize edilmiş ölçüm yöntemi, 
© 2015 Christian Wolff www.radartutorial.eu

Resim 1: Polarimetrik radarın stilize edilmiş ölçüm yöntemi

Polarimetrik Radar

Farksal Yansıtırlık

Doluyu belirlemek için kullanılan bir diğer yöntem, çiftli polarizasyon yöntemidir. Radar doğrusal polarizeli yüksek frekanslı işaretler yollar ve alır, ya bireysel darbeler- ya da darbe grupları arasında yatay ve dikey polarizasyonda birinden diğerine hızlıca geçiş yapar.

Hatta Gematronik firmasının üretimi Meteor 1500 gibi daha modern polarimetrik radarlar her iki polarizasyon yönünü eşzamanlı yollarlar. Alınan iki işaret ZH ve ZV olarak adlandırılır ve bunlardan farksal (differential) yansıtırlık yeteneği ZDR hesaplanır. Orta kuvvetten şiddetli yağmura kadar olan yağmur türlerinde yağmur damlacıkları büyüktür ve yere doğru düşerken düzleşirler ve yassı bir küre biçimini alırlar. Diğer taraftan bu durum yatay polarizasyonda daha güçlü bir yankıya neden olur.

Formel für die differentielle Reflektivität

Katı buzun dielektrik katsayısı, suyun dielektrik katsayısının yaklaşık % 20 si dir ve bu nedenle doludaki parçacık biçiminin etkisi yağmura göre daha az olur. Fındık büyüklüğünde dolu taneleri kendi etrafında bir o yana, bir bu yana döne döne yere düşmeleri nedeniyle ZDR değeri çok küçük kalır. Dolu için keza yüksek bir ZH ve düşük bir ZDR değeri karakteristiktir. Eğer doğrusal ZDR değeri birden küçük ise (yani bir negatif desibel değerine sahipse) bu durum fındık büyüklüğünde dolu tanelerinin varlığına işaret eder. (Sonunda bunlar sadece bir „dikey” iniş yapabilirler!)

Polarimetrik bir radar ile su damlalarının büyüklüğü belli bir dereceye kadar ölçülebilir. Hidrometeorlar düşerken hafifçe düzleşirler. Hidrometeorların yükseklik ve genişlik oranı, hidrometeorların boyutuna biraz bağlıdır. Ancak, daha önemlisi, yansıtırlığın büyüklüğüdür. Metreküp başına bir belirli su miktarından itibaren, su damlalarının bir belli büyüklüğe ulaşması da gerekir. Eğer bu, farksal yansıtırlığa da uyuyorsa, o zaman sonuç anlamlı olur.

Resim 2: Yağmur damlaları ne kadar büyük olursa, şekli o kadar düzgün olur, ZDR de o kadar büyük olur

Resim 2: Yağmur damlaları ne kadar büyük olursa, şekli o kadar düzgün olur, ZDR de o kadar büyük olur

Doğrusal depolarizasyon oranı

Gönderim enerjisinin yatay polarize yayını sırasında, dikey polarize kanalın alıcısı kapanmaz ve alıcı, dikey düzlemde döndürülmüş (depolarize edilmiş) ışımanın yatay polarizeli kısmını alır. Yatay ışıma ve dikey polarizasyonlu alım yansıtırlılığının, karşılık gelen saf yatay polarize gönderim ve alımın logaritmik oranına Doğrusal Depolarizasyon Oranı (LDR) denir.

Küresel parçacıklar için, LDR teorik olarak −∞ a gider, ancak pratikte bu ancak −40 dB ye kadar ulaşır.

Maalesef, bilinen hiçbir polarimetrik radar, bir taş boyutundaki doluyu doğrudan ölçemez. Bunun dolu olduğunu, sadece ZDR farksal yansıtırlığı ve alınan yatay ve dikey polarizeli işaret arasındaki ölçülebilir faz farkları ile belirleyebilir. Daha önce bu aynı radar ile ölçülen yankıların ve gerçekleşmiş yağış türleri ve -miktarları hakkında şimdiye kadarki deneyimlerin karşılaştırılması ile yağış nispeten güvenli belirlenebilir ve: bir belirli ZDR kesinlikle dolu demektir! O zaman çok sayıda küçük ya da birkaç büyük taş biçiminde olsun, radar doluyu böyle doğrudan ölçemez.

Bir Polarimetrik Radarın Blok Şeması

Bu örnekte yer alan bir polarimetrik radarda gönderim enerjisi bir -3 dB lik bağlaştırıcı (coupler) üzerinden ikiye bölünerek bir çift kutuplu besleme boynuzuna (feed horn) eşzamanlı olarak farklı polarizasyonlarla yollanır.

Resim 1: Bir polarimetrik radarın blok şeması

Resim 3: Bir polarimetrik radarın blok şeması

Resim 3: Bir polarimetrik radarın blok şeması

Bir seçme anahtarı vasıtasıyla yalnızca bir polarizasyon düzlemine ait yansıtırlık ölçümleri (ancak iki kat güçte) yollanabilir. Keza, bu durumda her iki polarizasyon düzlemine ait veriler alınır ve her iki işarette işaret işlemcisinde değerlendirilir.

Bu çok kullanışlıdır, çünkü elektromanyetik dalgaların polarizasyon konumları, bir yağmur alanına girdiğinde kayabilir ve ardından yansıma meydana gelir.

Radar göndericisi

Radar göndericisi yüksek güce sahip çok kısa süreli yüksek frekanslı bir darbe üretir.

Güç bölücü (Hibrit 1)

Bu yönlü bağlaştırıcı gönderim enerjisini iki eşit parçaya ayırır. Birini yatay polarizasyonla, diğerini ise dikey polarizasyonla besleme boynuzuna gönderir.

Güç bölücü (Hibrit 2)

Bu yönlü bağlaştırıcı (directional coupler), anahtarlanan tek/çift kutuplu seçici anahtarla gücün dallanan (branched) bölümünü yeniden yatay dala gönderir.

Tek/çift kutuplu seçme anahtarı

Gücün dallanan bölümü ya dikey besleme boynuzuna ya da yeniden geriye yatay besleme boynuzuna yollanır.

Faz açısını eşitlemek için dolambaçlı yol

Kayıpsız bir geri besleme sadece faz açılarının eşit olması durumunda gerçekleşir. Bu dolambaçlı yol, anahtarın faz kaymasını tekrar dengeler.
 

Parabolik anten yansıtıcısı

Anten, göndericinin yüksek frekanslı enerjisini elektromanyetik alanlara dönüştürür ve gücü belirlenen yönlere gönderir. Yankı işaretlerinin antene dönüşünde bu işlemin tersi gerçekleşir.

Besleme boynuzu

Bir besleme boynuzu dalga kılavuz sisteminin dalga empedansını havanın dalga empedansına uyumunu sağlar.

Dubleks aygıt

Dubleks aygıt, anteni, işareti gönderim anında göndericiye, alım anında ise alıcıya yönlendirir. Gönderim anında alıcı devrelerinin girişlerinin gönderim enerjisinin yüksek gücünden korunması gerekir.

Alıcı

Alıcı yüksek frekanslı yankı işaretini video işarete dönüştürür.

İşaret işlemcisi

İşaret işlemcisi yankılar, girişimler ve parazitlerden oluşan işaretlerden bir meteorolojik resim elde etmek üzere verileri işleyen modüldür.

Ekran

Meteoroloji radarı ekranı hava durumunun kolayca algılanabilir bir grafiksel görüntüsünü vermelidir.