NEXRAD
Радар NEXRAD возлеЛа-Кросса,Висконсин
Основная информация
Тип	Метеорологический радар
Страна	США
Начало производства	1988
Число установок	162
Параметры
Частота вращения	2700–3000МГц (S-диапазон)
Макс. высота	+20°
Пиковая мощность	750 кВт
Размеры антенны	8,54 м
Ширина луча	0,96° при 2,7 ГГц 0,88° при 3,0 ГГц
Ширина луча по азимуту	от 0 до 360º
Медиафайлы на Викискладе

NEXRAD (англ. Next Generation Radar) — разветвлённая сетьметеорологических радиолокационных станций, которая функционирует под управлениемНациональной метеорологической службы США. Высокая производительность аппаратной части радаровNEXRAD позволяет организовать автоматизированное наблюдение и картографирование атмосферных осадков в режиме, близком к реальному времени с задержкой, не превышающей 6 минут. Это делает возможным вести оперативное обновление метеорологических данных для осуществленияпрогноза погоды и выдачи предупреждений о потенциальных стихийных бедствиях. Помимо прогноза погоды, метеорологические данные сетиNEXRAD используются в других областях, например всельском хозяйстве, сферетранспорта игидротехнике^[1].

Появление сетиNEXRAD состоялось благодаря совместным усилиямминистерства торговли,министерствa обороны иминистерства транспорта США^[2][3]. Её фундаментом стал комплексдоплеровских радаровWSR-88D (англ. WeatherSurveillanceRadar 88Doppler), который предназначался для замены метеорологического радиолокационного оснащения национальной метеорологической службы,военно-воздушных сил,управления гражданской авиации и военно-морского командования метеорологии и океанографии^[4].

Первые опыты по использованию доплеровского эффекта врадарной метеорологии в США начались в 1960-х годах^[5]. Создание системыNEXRAD было запущено в 1976 году в Национальной лаборатории исследования сильных штормов (Норман,Оклахома). В 1979 году была создана концепция проекта, которая определяла общие подходы к разработке, а к 1980 году в рамках этой инициативы были утверждены детальные планы по реализации всей программы, технические требования, спецификации и распределение обязанностей между разработчиками. В 1986 и 1989 годах Оперативный центр контроля ВВС СШАAFOTEC провёл две серии экспериментов в рамках оценки эффективности и пригодности оборудования для программыNEXRAD, предложенного различными поставщиками^[4].

В январе 1990 года в качестве основного подрядчика для выполнения контракта по поставке оборудования системыNEXRAD была выбрана корпорацияUnisys. Первый доплеровский радарWSR-88D был установлен около городаОклахома-Сити осенью 1990 года. С этим событием началась модернизация технического оснащения и реструктуризация всей Национальной метеорологической службы США. К 1996 году полное количество введённых в строй радиолокационных установок с радарамиWSR-88D достигло 140 рабочих станций, функционирующих под управлением ВВС и метеорологической службы. Помимо них на континентальной части США было построено 5 учебно-тренировочных метеостанций обеспечения. В дополнение к ним, 13 радаров системыWSR-88D планировались к монтажу наАляске,Гавайях и в бассейнеКарибского моря^[6].

По данным на 2019 год полное количество радиолокационных метеостанцийNEXRAD равнялось 160^[2]. Они обеспечивают надёжное покрытие всей континентальной территории США, на Гавайях, Аляске и вПуэрто-Рико^[7]. Считается, что точность прогноза выпадения дождевых осадков с помощью радаровNEXRAD особенно высока для восточной части территории США (примерно две трети от полной площади страны)^[7]. На момент введения системыNEXRAD в строй её основными достоинствами считались высокая чувствительность сенсоров, наличие режима проведения доплеровских измерений и возможность отображения измеренных величин в реальном масштабе времени, что способствует улучшению точности метеопрогнозов^[3].

Среди недостатков системыNEXRAD выделяются следующие^[7]:

• недостаточная функциональность в горных регионах страны из-за ограниченного обзора,
• невозможность зарегистрировать дождеобразование на низких высотах из-за того, что высоты радарных лучей возрастают с увеличением расстояния от радарных станций,
• неоднородность детектируемойотражаемости сигнала, которая меняется со временем и от одного места к другому,
• сложности с опознаванием смешанных и ледяных осадков,
• снижение площади охвата в зимний период времени,
• перебои в поступлении данных во время некоторых экстремальных ситуаций,
• и другие.

Основой аппаратной части комплексаNEXRAD являются многофункциональныедоплеровские радарыWSR-88D^[8], которые работают на длине волны 10 см (S-полоса)^[9]. Такой выбор рабочей длины волны был продиктован необходимостью минимизировать взаимодействие системыNEXRAD с радиолокационным оборудованием другого назначения. Вся конструкция разрабатывалась специально для предсказанияторнадо, точной детекции и позиционирования вихревых и турбулентных потоков, профилейсдвига ветра и оценки границ районов градообразования^[10].

Дальность действия каждого радара составляет 230 км^[11]. На высоте 10 000 футов (около 3000 метров) системаNEXRAD обеспечивает почти непрерывное покрытие почти всей территории США, за исключением западных районов страны, где гористый рельеф делает невозможным сканирование вдоль подстилающей поверхности^[6]. В качестве регистрируемых величин в процессе работы были выбраны отражаемость сигнала, средняя радиальная скорость и ширина доплеровского спектра с разрешением 1 градус на 1 километр (на расстоянии 460 км^[10]). Начиная с 2008 года результаты измерений можно получить в сверхразрешении 0,5 градуса на 0,25 километра. После 2011 года была запущена модернизация радарных станций комплексаNEXRAD. Получив способность работы в режимедвойной поляризации, в дополнение к вышеупомянутым параметрам, они начали регистрироватьдифференциальную отражаемость,корреляционный коэффициент сигнала идифференциальный фазовый набег^[9].

Принцип работы радиолокатора

Микроволновой генератор передатчика радараWSR-88D создаёт продолжительный когерентный сигнал на несущей частоте, который преобразуется в последовательность импульсов модулятором. Эти импульсы усиливаютсяклистронным усилителем до величин в 1 МВатт пиковой мощности (по даннымNOAA — до 700 кВт^[12]), однако средняя мощность обычно не превышает киловатта^[13]. Излучаемый антенной сигнал имеет горизонтальную поляризацию^[14].

Некоторые технические характеристики системы

С методологической точки зрения полный цикл получения измеренных величин включает в себя три основных этапа. Во время первого шага (англ. Radar Data Acquisition) осуществляется генерирование и снятие с приёмного тракта радиолокационного сигнала. Следом за этим происходит предварительная обработка радарных данных (англ. Radar Product Generation) во время которой измеренные радиолокационные величины преобразуются в метеорологические и гидрологические параметры^[15]. Для оценки текущей нормы выпадающих дождевых осадков посредством измеренной радаромотражаемости используется классическое соотношение следующего вида^[16]:

${\displaystyle Z=300R^{1.4}}$

где:

${\displaystyle Z}$ — радиолокационная отражаемость сигнала,

${\displaystyle R}$ — наблюдаемый уровень осадков.

При оценке уровня снегопада используется другая эмпирическая формула с теми же параметрами^[17]:

${\displaystyle Z=1780R^{2.21}}$

Следом за этим осуществляется контроль качества и мониторинг хода измерений, запись данных и их распределение. На последнем шаге (англ. Principal User Processor) идёт обработка информации для конечного потребителя. Для этого аппаратная часть радарного комплекса включает в себярабочую станцию с графическим процессором и 19-ти дюймовым монитором, цветной принтер и терминал коммуникационной системы. На этом шаге полученные данные отображаются, аннотируются и записываются по выбору оператора в нужном графическом представлении с нужным выбором параметров и их значений^[15].

• NOAA's Role in Space-based Global Precipitation Estimation and Application / National Research Council of the National Academies. — Washington, D.C. : The National Academies Press, 2007. —ISBN 978-0-309-10298-8.
• Encyclopedia of Atmospheric Sciences / J. R. Holton. — Academic Press, 2003. —ISBN 0-12-227090-8.
• Crum, T. The WSR-88D and the WSR-88D Operational Support Facility :[англ.] / T. Crum, R. Alberty // Bulletin of the American Meteorological Society. — 1993. — Vol. 74, № 9 (September). — P. 1669–1687.
• Fukao, S. Radar for Meteorological and Atmospheric Observations :[англ.] / S. Fukao, K. Hamazu. — Springer, 2014. —ISBN 978-4-431-54333-6. —doi:10.1007/978-4-431-54334-3.

Эта статья входит в числодобротных статей русскоязычного раздела Википедии.

• Организации США
• Радиолокационная метеорология
• Радиолокационные станции США

• Википедия:Cite web (не указан язык)
• Википедия:Статьи с неактуальным шаблоном Не переведено
• Статьи со ссылками на Викисклад
• Википедия:Добротные статьи:Электроника и радиотехника
• Википедия:Добротные статьи по алфавиту
• Страницы, использующие волшебные ссылки ISBN
• Википедия:Страницы с картами