Princip měření

Popis radiometru

Kalibrace radiometru

Některá aktuální data

Průběh spektrálních čar kyslíky, vodní páry a vody ve dvou různých výškách (při různých tlacích)

Profily teploty atmosféry jsou získávány měřením radiační intenzity (nebo jasové teploty) na frekvencích blízkých jevu atmosférického kyslíku na 60 GHz. Sledováním jevu kyslíku na frekvencích mezi 51-59 GHz umožňuje získat teplotní profil, protože emise kyslíku na jakékoliv výšce v atmosféře je úměrná lokální teplotě a hustotě kyslíku.

Profily obsahu vodní páry (též relativní vlhkosti) jsou získávány měřením radiační intenzity a tvaru emise tlakově ohraničené čáry vodní páry, která ve větších výškách je širší a v menších výškách je ostřeji ohraničena. Intenzita emise je úměrná hustotě par a teplotě. Skenováním profilu spektra a matematickou inverzí naměřených dat je možno získat profil vodní páry.

Omezené rozlišení profilu oblačné kapalné vody je získáváno měřením vlivu oblačné kapalné vody na proměnný jas atmosférického spektra. Profil oblačné vody je získáván kombinací měření z pásem 22-30 GHz a 51-59 GHz.

Zlepšení v určení profilů vodní páry a oblačné vody přináší určení výšky základny oblačnosti z infračervené kamery. Teplota, relativní vlhkost a tlak vzduchu na povrchu jsou též využity při určování profilů (jako okrajové hodnoty). Jako přibližné okrajové hodnoty na horním okraji troposféry slouží průměrné klimatologické hodnoty pro danou lokalitu.

Zpět na obsah stránky.

Radiometr TP/WVP (Temperature Profiller/Water Vapour Profiller) typ MP3000 je schopen provádět měření na 12 frekvencích, z toho na 5-ti frekvencích v pásmu K-Ka (22-30 GHz) pro měření záření molekul vodní páry a na 7-mi frekvencích v pásmu V (51-59 GHz) pro měření záření molekul kyslíku. Radiometr je umístěn na střeše hlavní budovy vedle antény permanentní GNSS stanice. Pro nerušené pozorování potřebuje maximálně volnou oblohu bez rušení. Ve směru na jihozápad se nacházejí vysílače operátorů mobilních telefonů, které spolu komunikují na frekvencích kolem 24 GHz. Daný směr musel být pro provoz radiometru odrušen metalickým stínítkem.

Otevřený radiometr

Pro měření je používána společná Gaussova anténa s vodorovou optickou osou. Pomocí pointovaného zrcadla může radiometr v základní sestavě měřit v jakémkoliv směru v jedné svislé rovině. Pozorovaný svazek je po průchodu anténou rozdělen do dvou samostatných přijímačů. Rozdělení svazku se děje v děliči svazku, který paprsky s jedním směrem polarizace směruje na jeden přijímač a paprsky s kolmým směrem polarizace na druhý přijímač. Pro měření v K-Ka-pásmu je použit zadní přijímač, pro měření ve V-pásmu spodní přijímač. Pilotní frekvenci pro oba přijímače generuje přesný přeladitelný oscilátor podle nastavených frekvencí pozorování. Šířka pozorovaného svazku je mezi 5-6° pro přijímač v K-Ka-pásmu a 2.5° pro přijímač ve V-pásmu.

Souběžně s měřením se provádí interní kalibrace přijímacích elementů a zjišťuje se šumová teplota antény. Děje se to prokládáním měření záření molekul atmosféry měřením záření černého tělesa přesně udržovaného na dané teplotě. Tím je dán počáteční bod pro měření teplot. Měřítko teplotního rozsahu se určuje ze zdvojení každého měření: každé měření se provádí nejprve s vypnutými šumovými diodami (Noise diodes) a pak se zapnutými šumovými diodami, kdy se k původnímu signálu přidá signál z diod, jehož velikost je známa (je určována při externí kalibraci).

Radiometr se skládá ze zrcadla, které směřuje záření atmosféry na Gausovu anténu, ze které je signál přiveden do obou přijímačů. Černé těleso je umístěno pod zrcadlem. Měření záření černého tělesa probíhá při nasměrování zrcadla do nadiru. Zrcadlo je před povětností chráněno krytem ze speciálního materiálu, který propouští mikrovlnné záření a odpuzuje molekuly vody. Molekuly vody usazené na krytu také vyzařují a způsobují tak chyby v měření. Z tohoto důvodu je kryt hydrofobní a je neustále ovíván proudem vzduchu z ventilátoru, aby se na kryt neusazovaly žádné částice (deště i sněhu). Protože měření může být ovlivněno přítomností srážek, má radiometr vestavěný senzor srážek.

Lokální atmosférické podmínky (teplota, relativní vlhkost a tlak vzduchu) jsou měřeny čidly uvnitř radiometru (čidla teploty a relativní vlhkosti jsou v kanálu, kterým radiometr nasává vzduch do ventilátoru. Na horní části radiometru je infračervená kamera, která pozoruje teplotu v zenitu. Porovnáním této teploty s profilem teplot určeným z měření na V-pásmu je zjištěna výška základny souvislé oblačnosti.

Radiometr s infračervenou kamerou, GPS anténou (nahoře) a azimutálním pohonem (dole)

Radiometr TP/WVP č. 3025 byl doplněn zařízením pro sledování atmosféry ve směrech, ve kterých se nacházejí družice GPS NAVSTAR. Je to jednak azimutální pohon v dolní části, díky němuž lze pointovat měření do kterékoliv části oblohy, jednak GPS anténa v horní části přijímající navigační zprávu, ze které lze vypočítat směry na GPS družice.

Celý průběh měření radiometru je řízen počítačem s operačním software. Měření je realizováno podle připravené posloupnosti příkazů, která se provádí ve stanovených časech. Operační software také zpracovává a vizualizuje naměřená data. Pomocí software jsou naměřené hodnoty napětí z přijímačů zkalibrovány a převedeny na jasové teploty. Následně je použit algoritmus neuronových sítí, který byl připraven (trénován) pro atmosférické podmínky konkrétní stanice. Pomocí algoritmu je z jasových teplot vypočten profil teploty atmosféry, profil obsahu vodní páry v atmosféře (může být přepočten na profil relativní vlhkosti) a profil obsahu vody v atmosféře pro rozsah 0-10 km. Z měření ve směrech na jednotlivé GPS NAVSTAR družice je určen profil vodní páry v těchto směrech a také integrovaný obsah vodní páry a kapalné vody.

Zpět na obsah stránky.

Pro kalibraci šumových diod ve V-pásmu se používá měření radiometru na černé těleso zchlazené v lázni kapalného dusíku. Pro tento účel je na kryt zrcadla nasazena izolovaná nádoba s černým tělesem a 13 litry kapalného dusíku a po dobu několika hodin se provádí porovnávání záření interního černého tělesa a černého tělesa při teplotě kolem -200 °C.

Pro kalibraci šumových diod v K-Ka-pásmu se používá měření záření atmosféry při jasné obloze v různých výškových úhlech (30 ° , 45 ° , 90 ° ), ve kterých je objem atmosféry rozdílný (tloušťka atmosféry ve výškovém úhlu 30 ° je velmi rozdílná než v zenitu - v 90 ° ). Atmosféra je tak použita jako studené černé těleso (záření atmosféry v zenitu na frekvencích 22-30 GHz je typicky kolem -220 °C).


Zpět na obsah stránky.