How upptäcker radar turbulens och vindhastighet?

svar du hänvisar till förklarar hur radar används för att flyga genom en squall line samtidigt som man undviker de mest turbulenta områdena.

Konventionell väderradar kan inte detektera vindhastighet eller turbulens direkt, det upptäcker bara fasta och flytande föremål över tröskelstorleken.

De mest turbulenta områdena av åskväder är också de områden som innehåller mest vatten och is. Denna nederbörd återspeglar radarvågor mycket bra, så de mest turbulenta områdena har starkaste reflektioner och uppträder som röda / lila på räckvidden. Kvarterets nedåtriktning är vanligtvis också mycket turbulent.

Så detekterar väderradaren bara närvaron av vatten. Det är piloten som tolkar bilden som verkligen upptäcker turbulensen.

Klar lufturbulens (CAT) har inte kondenserat vatten i det och är därför odetekterbart enligt konventionell radar. Det finns system som LIDAR som kan upptäcka CAT men de är vanligtvis inte installerade på flygplan.

Som @reirab noteras i en kommentar kan en Doppler-radar användas för att detektera den relativa hastigheten hos partiklarna från ett flygplan. Detta används inte för att på ett tillförlitligt sätt detektera vindhastighet, men när det finns stora variationer i vindhastighet (t.ex. turbulens) orsakar Doppler-skiftet i reflektionerna från partiklarna ett spektrumspridning. Detta är en indikation på turbulens. De traditionella S-bandets luftburna väderradar har inte denna förmåga utan den nyare X-bandradaren (t.ex. Honeywell radar (PDF) ) kan upptäcka våt turbulens på avstånd på upp till 40-60 nautiska mil med denna teknik.

LIDAR (en portmanteau av Light och RADAR) är en teknik som använder ljus istället för radiovågor. LIDAR kan mäta position och relativ hastighet av aerosoler och kan därför användas för att detektera turbulens. Det har använts framgångsrikt för att upptäcka vindskjuv och kartavverkningsvorter på slutlig väg från marken ( papper PDF ).

För närvarande utredning ( papper PDF , presentation PDF ) pågår i luftburet bruk av LIDAR för att upptäcka CAT. En av svårigheterna är att detektera vertikala komponenter i turbulensen. Detta orsakar väldigt lite Doppler-skift men har samtidigt den mest effekt på flygplanet (eftersom den vertikala delen av turbulensen orsakar förändringar i angreppsvinkeln).

Såvitt jag vet finns det för närvarande inga kommersiella applikationer av LIDAR för luftburet turbulensdetektering.

    

Det korta svaret är att radar inte direkt kan observera vinden. Vilken radar kan upptäcka är de små partiklarnas hastigheter som luftas upp i luften. Detta görs genom att mäta dopplerförskjutningen av den energi som returneras till radaren. Radaren kan endast detektera hastighetskomponenten mot eller bort från radaren.

Radaren behöver inte diagnostisera turbulens inom konvektion, eftersom det antas vara där redan och är en del av konvektionens natur. Det är mycket mer värdefullt att upptäcka tydlig lufturbulens som inte har de visuella indikationerna att kokande kumulus tillväxt gör.

Helt klart är klar luft i allmänhet inte helt klart. Om det finns aerosoler eller buggar som är tillräckligt stora för att sprida radarenergi, kan radaren leda till sin rörelse som vindens rörelse. För små saker som damm och insekter är det inte en dålig approximation. Återvinningsenergin hos dessa scatterers är väldigt liten och ligger i allmänhet under tröskeln som radardisplayen kommer att plotta (till skillnad från fåglar eller fladdermus), men datorerna kan tolka data.

Detekteringen av turbulens är algoritmisk och medan jag inte har kännedom om specifika algoritmer som används är min första order gissning att de ser på variationen i dopplerhastighet med avstånd från flygplanet och de tittar på tidsserien av dopplerhastigheter vid varje samplad plats i efterföljande avsökningar. Om variationen uppfyller vissa kriterier kan det klassificeras som "turbulens" och ge varning till piloterna. Förmågan hos ett sådant system beror också på radarens fysiska förmåga, inklusive den våglängd som radarn arbetar vid, dess provtagningsupplösning och samplingshastigheten.