Pednka UPCE 26 4 2007 Ondej Fier stav

  • Slides: 43
Download presentation
Přednáška UPCE, 26. 4. 2007 Ondřej Fišer Ústav fyziky atmosféry AVČR ondrej@ufa. cas. cz

Přednáška UPCE, 26. 4. 2007 Ondřej Fišer Ústav fyziky atmosféry AVČR [email protected] cas. cz

Mobilní komunikace Družicové komunikace Telekonference Vzdělávání na dálku Přenos signálu Pokrytí velkoplošných území

Mobilní komunikace Družicové komunikace Telekonference Vzdělávání na dálku Přenos signálu Pokrytí velkoplošných území

Radioreléové spoje RR signál prochází dešťovou oblastí

Radioreléové spoje RR signál prochází dešťovou oblastí

Degradace radiové vlny v atmosféře se projevuje: útlumem A [d. B] Téma přednášky depolarizací

Degradace radiové vlny v atmosféře se projevuje: útlumem A [d. B] Téma přednášky depolarizací (deformace polarizace, polarizační "přeslechy") , XPD fázovým zpožděním V našich klimatických podmínkách dominuje ze všech degradačních mechanizmů (oblaka, vodní páry, kroupy, sníh atd. ) déštˇ

Útlum radiového signálu v dešti - definovat velikostní rozdělení kapek, jejich počet v jednotce

Útlum radiového signálu v dešti - definovat velikostní rozdělení kapek, jejich počet v jednotce objemu a tvar Pruppacher-Pitter, 1971 - znát geometrickou orientaci padajících kapek vzhledem ke směru šíření elmag vlny (popř. její závislost na směru a síle větru atp. ) Prof. Brussaard, 1976 - popsat interakci elmag vlny s kapkou a jejich souborem van de Hulst, 1957 - znát délku dráhy směrového spoje v oblasti výskytu kapek deště Lin, 1979

Tvar dešťových kapek

Tvar dešťových kapek

Princip útlumu signálu dešťovou kapkou rozptýlená energie nežádoucím směrem depolarizace vysílač přijímač ztráty ~

Princip útlumu signálu dešťovou kapkou rozptýlená energie nežádoucím směrem depolarizace vysílač přijímač ztráty ~ t

r vysílač přijímač Definice rozptylové funkce dešťové kapky rozptylová funkce kapky o průměru D

r vysílač přijímač Definice rozptylové funkce dešťové kapky rozptylová funkce kapky o průměru D závisí na polarizaci a směru rozptylu E rozptýlená ve vzdálenosti r od kapky E dopadající v místě kapky

Odvození vzorce pro měrný útlum deštěm [d. B/km]

Odvození vzorce pro měrný útlum deštěm [d. B/km]

Odvození vzorce pro měrný útlum deštěm [d. B/km]… 2. část

Odvození vzorce pro měrný útlum deštěm [d. B/km]… 2. část

 z

z

Kompletní vzorec pro měrný útlum deštěm Definice spektra kapek N(D) d. D udává počet

Kompletní vzorec pro měrný útlum deštěm Definice spektra kapek N(D) d. D udává počet kapek o velikosti v intervalu D až D +d. D v jednotce objemu Průměrné spektrum Marshall-Palmer, 1948

Časový vývoj spekter kapek z měření v Hradci Králové během 111 minutové srážkové události

Časový vývoj spekter kapek z měření v Hradci Králové během 111 minutové srážkové události dne 23. 8. 1998

50 GHz 1 E+2 Im(f) N(D) 1 E+1 1 E+0 Rain rate 1 E-1

50 GHz 1 E+2 Im(f) N(D) 1 E+1 1 E+0 Rain rate 1 E-1 1 E-2 64 mm/h 1 E-3 32 1 E-4 16 10 GHz 1 E-5 8 1 E-6 4 1 E-7 1 E-8 2 1 E-9 1 1 E-10 1 E-11 0. 00 2. 00 4. 00 6. 00 8. 00 0. 5 1 E-12 0. 00 2. 00 4. 00 D [mm] 6. 00 8. 00

 Percentage fraction of the attenuation formed by rain drops within the diameter interval

Percentage fraction of the attenuation formed by rain drops within the diameter interval <0; 1> mm only f [GHz] 10 20 30 40 50 fraction [%] 17. 9 15. 9 16. 5 18. 0 f [GHz] 60 80 100 120 150 fraction [%] 20. 8 29. 4 38. 2 42. 7 44. 5

R je průměrná jednominutová intenzita srážek [mm/h ] {a, b} konstanty závislé na kmitočtu,

R je průměrná jednominutová intenzita srážek [mm/h ] {a, b} konstanty závislé na kmitočtu, polarizaci a teplotě …. bývají tabelovány, např. Maggiori, 1981, ITU-R f [GHz] 10 12 15 20 25 30 interpolovat a 0, 0094 0, 0177 0, 0350 0, 0722 0, 1191 0, 1789 logaritmicky b 1, 273 1, 211 1, 143 1, 083 1, 044 1, 007 lineárně

Polarizace K ! RMSE [d. B] H 0. 02234 1. 20856 -0. 00771 0.

Polarizace K ! RMSE [d. B] H 0. 02234 1. 20856 -0. 00771 0. 072687 0. 008247 V 0. 02110 1. 19228 -0. 01336 0. 07278 0. 009192 kruhová 0. 02176 1. 19770 -0. 00937 0. 070697 0. 008136

celkový útlum deštěm na dráze spoje „Distribuce útlumu deštěm“ Synonyma: distribuce útlumu deštěm, predikce

celkový útlum deštěm na dráze spoje „Distribuce útlumu deštěm“ Synonyma: distribuce útlumu deštěm, predikce (předpověď) útlumu deštěm Jde o časovou distribuční funkci útlumu deštěm na dráze směrového spoje sloužící k návrhu parametrů spoje, které odpovídají požadované statistické spolehlivosti spoje.

Výpočet distribuce útlumu deštěm Distribuce intenzit dešťů [P>Ri ; Ri ] v jednom bodě

Výpočet distribuce útlumu deštěm Distribuce intenzit dešťů [P>Ri ; Ri ] v jednom bodě Ri (l) [ P(A>Ai= f(P>Ri); Ai ] Model

Rozdělení intenzit dešťů v ČR podle ITU-R Pravděpod. Ri Minut přev. [%] [mm/h] za

Rozdělení intenzit dešťů v ČR podle ITU-R Pravděpod. Ri Minut přev. [%] [mm/h] za rok Interpretace: např. intenzita dešťů bude 53 minut v roce vyšší než 32 mm/h

Model Assis-Einloft (fyzikální) P(A>Ai)=P(R>Ri ) D=2. 2(100/R)0. 4 Ro=10(1 -exp(-0. 0105 R)) Lm =

Model Assis-Einloft (fyzikální) P(A>Ai)=P(R>Ri ) D=2. 2(100/R)0. 4 Ro=10(1 -exp(-0. 0105 R)) Lm = min {33 km, L}

Int. dešťů bude 53 min/rok vyšší, než hodnota na mapě Mapa R 0. 01

Int. dešťů bude 53 min/rok vyšší, než hodnota na mapě Mapa R 0. 01 [mm/h]

Model družicového spoje

Model družicového spoje

R(prům) [mm/h] Odhad typu srážky R > 3. 1 T konvektivní R < 3.

R(prům) [mm/h] Odhad typu srážky R > 3. 1 T konvektivní R < 3. 1 T vrstevnaté T [h] C = a 1 * P 1 + a 2 * P 2 + … + a 7* P 7 + a 8

Hustota pravděpodobnosti faktoru radarové odrazivosti ze spekter kapek. Spektra odpovídala intenzitě deště 5 mm/h

Hustota pravděpodobnosti faktoru radarové odrazivosti ze spekter kapek. Spektra odpovídala intenzitě deště 5 mm/h ~ 5 mm/h .

R-Z scatterplot

R-Z scatterplot

A-Z scatterplot

A-Z scatterplot

A-R scatterplot

A-R scatterplot

Trend of the exponent of the scattering function f – drop diameter D relationship

Trend of the exponent of the scattering function f – drop diameter D relationship

Metoda Waldvogel

Metoda Waldvogel

Distribuce veličiny W P(W>Wi) [%] i

Distribuce veličiny W P(W>Wi) [%] i

Porovnání metod k detekci typu deště Z [d. Bz] R=5 +/- 0. 5 mm/h

Porovnání metod k detekci typu deště Z [d. Bz] R=5 +/- 0. 5 mm/h

Závěr k diskuzi o spektrech kapek -existující kritéria jinak použitelná v tropech a Evropě

Závěr k diskuzi o spektrech kapek -existující kritéria jinak použitelná v tropech a Evropě -je existence velkých kapek deště typická pro konvektivní déšť ? -vrstevnatý déšť v sobě může obsahovat konvektivní jádro -pro účely upřesnění výpočtu intenzity deště z radarové drazivosti spektrum kapek nutné definovat matematicky -existují matematické typy deště nebo je nejistota Z-R vztahu kontinuální ?

Závisí měrný útlum jen na intenzitě srážek R ? Je třeba si zvláště uvědomit,

Závisí měrný útlum jen na intenzitě srážek R ? Je třeba si zvláště uvědomit, že útlum (popř. radarová odrazivost) je v různých typech dešťů různý při stejné intenzitě dešťů a proto je třeba technické aproximativní vzorce modifikovat alespoň vzhledem k základním typům dešťů. Použití jen intenzity dešťů (namísto znalosti celého spektra dešťových kapek) k výpočtu mikrovlnného útlumu či faktoru radarové odrazivosti lze připustit jen jako orientační technickou aproximaci.

Závěr Odvození vzorce pro okamžitý měrný a celkový útlum deštěm Přechod od okamžitého útlumu

Závěr Odvození vzorce pro okamžitý měrný a celkový útlum deštěm Přechod od okamžitého útlumu k jeho distribuci (modely) Diskuze vlivu spektra kapek na útlum … relativní role malých dešťových kapek roste s kmitočtem … útlum v dešti není jednoznačnou funkcí intenzity deště, existují metody popisující výpočty útlumu v „nových“ typech dešťů a aplikací známé statistiky výskytu typů dešťů počítáme zpřesněnou distribuci útlumu deštěm

Děkuji za pozornost ondrej@ufa. cas. cz

Děkuji za pozornost [email protected] cas. cz

Doporučená literatura -CCIR 1986, Rep. 564 -3, p 394: Equations of Simple CCIR Method

Doporučená literatura -CCIR 1986, Rep. 564 -3, p 394: Equations of Simple CCIR Method to Compute the Distribution of Rain Attenuation -Assis M. S. , Einloft C. M. : A simple method for estimating rain attenuation distribution, " Conference URSI, p. 301, La Baule 1977 -Fišer O. : Interakce elektromagnetického pole s dešťovým prostředím se zřetelem na predikci útlumu deštěm družicových spojů v pásmech nad 10 GHz, Dizertace, ČVUT-FEL, 1986 - B. Chytil: Výzkumné zprávy pro VU´S Praha