Критерии принятия решений для классификации метеоявлений в метеорологическом радиолокационном комплексе ближней аэродромной зоны

Возрастающая необходимость получения данных о метеорологической обстановке для обеспечения безопасности полета воздушных судов актуализирует разработку радиолокационных систем дистанционного сбора и обработки информации, в том числе для решения задач классификации опасных метеоявлений. Это определило первостепенную разработку отечественного метеорологического радиолокационного комплекса ближней аэродромной зоны (МРЛК БАЗ). В статье представлены особенности построения МРЛК БАЗ, а также решаемые им основные задачи. Для классификации метеоявления от облачности до шквала в метеорологическом радиолокационном комплексе ближней аэродромной зоны предложено взять за основу критерии, апробированные метеорологическими радиолокационными станциями предыдущих поколений. Данные критерии основаны на анализе распределения отражаемости по высотам с учетом вертикального профиля температуры. Кроме того, в МРЛК БАЗ дополнительно введен критерий классификации грозы в холодный период времени. Для калибровки значений критериев были разработаны математический аппарат и специальное программное обеспечение. Для набора статистических данных МРЛК БАЗ были установлены в различных климатических районах: Центральном и Северо-Западном федеральных округах и Республике Крым. Далее была проведена эффективная валидация полученной информации. В настоящее время МРЛК БАЗ прошел предварительные, приемочные, сертификационные испытания, опытную эксплуатацию, показав при этом эффективную классификацию метеорологических явлений благодаря корректному подбору критериев принятия решений. В статье рассматривается возможность повышения достоверности и оправдываемости классификации опасных метеорологических явлений за счет дополнительного использования в критериях информации о распределении по высотам удельной скорости диссипации турбулентной энергии атмосферы, а также дополнительный набор статистических данных в различных климатических зонах Европейской территории России – Верхнем Поволжье и Краснодарском крае.

1. Вельтищев Н.Ф., Степаненко В.М. Мезометеорологические процессы: учеб. пособие. М.: МГУ, 2007. 127 с.

2. Гущина Д.Ю. Синоптическая метеорология: учеб. пособие. М.: МГУ, 2013. 103 с.

3. Богаткин О.Г. Основы авиационной метеорологии: учебник. СПб.: РГГМУ, 2009. 339 c.

4. Иванова А.Р. Опыт верификации численных прогнозов влажности и оценка их пригодности для прогноза зон обледенения воздушных судов // Метеорология и гидрология. 2009. № 6. C. 33–46.

5. Fabry F. Radar meteorology: principles and practice. Cambridge University Press, 2015. 248 p. DOI: 10.1017/CBO9781107707405

6. Kumjian R.M. Weather radars. In: Remote sensing of clouds and precipitation. Cham: Springer International Publishing, 2018. Pp. 15–63. DOI: 10.1007/978-3-319-72583-3_2

7. MacGorman D.R., Biggerstaff M.I., Schuur T.J. Formation of charge structures in a supercell // Monthly Weather Review. 2010. Vol. 138, iss. 10. Pp. 3740–3761. DOI: 10.1175/2010MWR3160.1

8. Emersic C., Saunders C.P.R. Further laboratory investigations into the Relative Diffusional Growth Rate theory of thunderstorm electrification // Atmospheric Research. 2010. Vol. 98, iss. 2–4. Pp. 327–340. DOI: 10.1016/ j.atmosres.2010.07.011

9. Albrecht B., Fang M., Ghate V. Exploring stratocumulus cloud-top entrainment processes and parameterizations by using Doppler cloud radar observations // Journal of the Atmospheric Sciences. 2016. Vol. 73, iss. 2. Pp. 729–742. DOI: 10.1175/JAS-D-15-0147.1

10. Koistinen J., Hohti H., Pohjola H. Diagnosis of precipitation detection range [Электронный ресурс] // The 32nd International Conference on Radar Meteorology. AMS, 2005. 3 p. URL: https://ams.confex.com/ams/32Rad11Mes o/webprogram/Paper96254.html (дата обращения: 13.05.2022).

11. Nanding N., Rico-Ramirez M.A. Precipitation measurement with weather radars. ICT for smart water systems: measurements and data science. The Handbook of Environmental Chemistry, 2019. Vol. 102. Pp. 1–24. DOI: 10.1007/ 698_2019_404

12. Boodoo S. Quantitative precipitation estimation from a C-band dual-polarized radar for the 8 July 2013 flood in Toronto, Canada / S. Boodoo, D. Hudak, A. Ryzhkov, P. Zhang, N. Donaldson, D. Sills, J. Reid // Journal of Hydrometeorology. 2015. No. 16. Pp. 2027–2044. DOI: 10.1175/JHM-D-15-0003.1

13. Ефремов В.С. Поляризационный доплеровский метеорологический радиолокатор С-диапазона со сжатием импульсов / В.С. Ефремов, Б.М. Вовшин, И.С. Вылегжанин, В.В. Лаврукевич, Р.М. Седлецкий [Электронный ресурс] // Журнал радиоэлектроники. 2009. № 10. С. 4. URL: http://jre.cplire.ru/ iso/oct09/6/text.html#1 (дата обращения: 29.10.2021).

14. Battaglia A. G band atmospheric radars: a new frontier in cloud physics / A. Battaglia, C.D. Westbrook, S. Kneifel, P. Kollias, N. Humpage, U. Löhnert, J. Tyynelä, G.W. Petty // Atmospheric Measurement Techniques. 2014. Vol. 7, iss. 6. Pp. 1527–1546. DOI: 10.5194/ amt-7-1527-2014

15. Bechini R., Baldini L., Chandrasekar V. Polarimetric radar observations of the ice region of precipitation clouds at C-band and X-band radar frequencies // Journal of Applied Meteorology and Climatology. 2013. Vol. 52, iss. 5. Pp. 1147–1169. DOI: 10.1175/JAMC-D-12-055.1

16. Жуков В.Ю., Щукин Г.Г. Состояние и перспективы сети метеорологических радиолокаторов // Распространение радиоволн (РРВ-24): сборник трудов XXIV Всероссийской научной конференции. Иркутск, 29 июня – 05 июля 2014 г. Иркутск: ИСЗФ СО РАН, 2014. T. 3. C. 133–136.

17. Немудрый К.В. Аэродромы и аэропорты как один из элементов системы региональной авиации России [Электронный ресурс] // Труды МАИ. 2014. № 75. 9 c. URL: https://mai.ru/upload/iblock/3d8/3d861abaea6ea cea2d677527b4fe34ca.pdf (дата обращения: 29.10.2021).

18. Istok M., Crum T. WSR-88D and TDWR-SPG data status and plans [Электронный ресурс] // National Weather Service. Family Of Services. Partners Meeting. Phoenix, AZ. 15 January 2009. URL: https://www.roc.noaa. gov/WSR88D/PublicDocs/Level_II/FOS_01150 9.pdf (дата обращения: 29.10.2021).

19. Germann U. Radar network / U. Germann, J. Figueras, M. Gabella, A. Hering, I. Sideris, B. Calpini // The international review of weather, climate and hydrology technologies and services. April 2016. Pp. 62–65.

20. Vasiliev O. The design and operation features of the near-airfield zone weather radar complex “Monocle” / O. Vasiliev, E. Bolelov, K. Galaeva, N. Gevak, S. Zyabkin, E. Kolesnikov, A. Peshko, I. Sinitsyn // 2021 XVIII Technical Scientific Conference on Aviation Dedicated to the Memory of N.E. Zhukovsky (TSCZh), 2021. Pp. 64–72. DOI: 10.1109/TSCZh53346. 2021.9628352

21. Галаева К.И. Анализ результатов испытаний и сертификации метеорологического радиолокационного комплекса ближней аэродромной зоны // Научный Вестник МГТУ ГА. 2020. Т. 23, № 1. С. 28–40. DOI: 10.26467/2079-0619-2020-23-1-28-40

22. Bolelov E.A. Analysis of the height difference of the zero isotherm according to two temperature profilers / E.A. Bolelov, O.V. Vasiliev, K.I. Galaeva, S.A. Ziabkin // Научный Вестник МГТУ ГА. 2020. Т. 23, № 1. С. 19–27. DOI: 10.26467/2079-0619-2020-23-1-19-27

23. Галаева К.И. Обоснование требований к современным метеорологическим локаторам ближней зоны аэродрома // Перспективные бортовые радиоэлектронные комплексы и системы: сборник трудов XIV Всероссийской научно-технической конференции «Научные чтения по авиации, посвященные памяти Н.Е. Жуковского». Москва, 13–14 апреля 2017. М., 2017. С. 45–48.

24. Галаева К.И. Обоснование задач, решаемых метеорологическим радиолокацион 59 ным комплексом ближней аэродромной зоны / К.И. Галаева, Э.А. Болелов, И.Б. Губерман, А.А. Ещенко, С.В. Далецкий // Научный вестник ГосНИИ ГА. 2018. № 20 (331). C. 74–81.