saçılımölçer - Scatterometer

Bir saçılım ölçer veya difüzyon ölçer, hava gibi bir ortamda difüzyonla saçılan bir ışık demetinin veya radar dalgalarının geri dönüşünü ölçmek için kullanılan bilimsel bir araçtır . Görünür ışık kullanan difüzyon ölçerler, yatay görünürlüğü ölçmek için havaalanlarında veya yol kenarlarında bulunur . Radar saçılımölçerler , bir yüzeyin normalleştirilmiş radar kesitini (σ 0 , "sigma sıfır" veya "sigma naught") belirlemek için radyo veya mikrodalgalar kullanır . Genellikle rüzgar hızını ve yönünü bulmak için hava durumu uydularına monte edilirler ve endüstrilerde yüzeylerin pürüzlülüğünü analiz etmek için kullanılırlar.

Optik

Havaalanı dağılım ölçeri (veya difüzometre).

Optik difüzyon ölçerler, meteorolojide optik aralığı veya yatay görünürlüğü bulmak için kullanılan cihazlardır . Bir ışık kaynağından, genellikle bir lazerden ve bir alıcıdan oluşurlar . Her ikisi de ortak bir alana yönelik olarak aşağı doğru 35°'lik bir açıyla yerleştirilmiştir. Işık huzmesi boyunca hava tarafından yanal saçılma , bir zayıflama katsayısı olarak nicelenir . Temiz hava söndürme katsayısından herhangi bir sapma (örn. siste) ölçülür ve görüş ile ters orantılıdır (kayıp ne kadar büyükse, görüş o kadar düşük olur).

Bu cihazlar, genel görüş için otomatik hava istasyonlarında , pist görüş mesafesi için havaalanı pistleri boyunca veya görsel koşullar için yollar boyunca bulunur. Bunların ana dezavantajı, ölçümün verici ve alıcı arasındaki çok küçük hava hacmi üzerinden yapılmasıdır. Bu nedenle bildirilen görüş, yalnızca genelleştirilmiş koşullarda ( örneğin sinoptik sis) cihazın etrafındaki genel koşulları temsil eder . Bu her zaman böyle değildir (örneğin düzensiz sis).

Radar dağılım ölçer

Radar dağılım ölçer

Bir radar saçılımölçeri , Dünya yüzeyine doğru bir mikrodalga enerjisi darbesi ileterek ve yansıyan enerjiyi ölçerek çalışır. Geri saçılım sinyal gücünü belirlemek için yalnızca gürültü gücünün ayrı bir ölçümü yapılır ve sinyal+gürültü ölçümünden çıkarılır . Sigma-0 (σ⁰), dağıtılmış hedef radar denklemi kullanılarak sinyal gücü ölçümünden hesaplanır. Saçılımölçer aletleri, doğru geri saçılım ölçümleri yapmak için çok hassas bir şekilde kalibre edilir.

Birincil uygulama uzaydan scatterometry yüzeye yakın ölçümleri olmuştur rüzgarlar fazla okyanus . Bu tür aletler rüzgar saçılımölçerleri olarak bilinir. Farklı azimut açılarından sigma-0 ölçümlerini birleştirerek , okyanus yüzeyi üzerindeki yüzeye yakın rüzgar vektörü , rüzgar ve geri saçılmayı ilişkilendiren bir jeofizik model fonksiyonu (GMF) kullanılarak belirlenebilir . Okyanus üzerinde, radar geri saçılımı, genellikle okyanus üzerinde yüzeye yakın rüzgarla dengede olan, rüzgar tarafından üretilen kılcal-yerçekimi dalgalarının saçılmasından kaynaklanır. Saçılma mekanizması, mikrodalgalarla rezonans halinde olan dalgalardan meydana gelen Bragg saçılması olarak bilinir .

Geri saçılan güç rüzgar hızına ve yönüne bağlıdır. Farklı azimut açılarından bakıldığında, bu dalgalardan gözlenen geri saçılım değişir. Bu varyasyonlar, deniz yüzeyi rüzgarını, yani hızını ve yönünü tahmin etmek için kullanılabilir. Bu tahmin süreci bazen ' rüzgar alma' veya ' model fonksiyon ters çevirme' olarak adlandırılır . Bu, saçılımölçer geri saçılımını ve vektör rüzgarını ilişkilendiren GMF'nin ( ampirik veya yarı deneysel biçimde) doğru bilgisine dayanan doğrusal olmayan bir tersine çevirme prosedürüdür . Alma, okyanus yüzeyinde aynı noktanın farklı azimut açılarından birkaç geri saçılım ölçümünü yapan saçılımölçer tarafından sağlanan GMF ile açısal çeşitlilik dağılım ölçer ölçümleri gerektirir.

Typhoon Soulik'in, Kategori 4 yoğunluğundayken Eumetsat'ın ASCAT (Gelişmiş Dağılımölçer) cihazı tarafından Metop -A uydusunda yakalanan bir anlık görüntüsü

Saçılımölçer rüzgar ölçümleri, hava-deniz etkileşimi, iklim çalışmaları için kullanılır ve özellikle kasırgaların izlenmesi için yararlıdır . Saçılımölçer geri saçılım verileri, bitki örtüsü , toprak nemi , kutup buzu , Antarktika buzdağlarının izlenmesi ve küresel değişim çalışmalarına uygulanır . Uzaydan kum ve kar tepeleri üzerindeki rüzgarları ölçmek için saçılımölçer ölçümleri kullanılmıştır. Karasal olmayan uygulamalar, uzay sondaları kullanılarak Güneş Sistemi uydularının incelenmesini içerir. Bu, özellikle NASA/ESA Cassini'nin Satürn ve uydularına yaptığı görev için geçerlidir.

NASA , ESA ve NASDA tarafından uzayda birkaç nesil rüzgar saçılımölçer uçuruldu . İlk operasyonel rüzgar scatterometer Seasat Scatterometer (SASS) olarak biliniyordu ve 1978'de piyasaya sürüldü. Ku-bandında (14 GHz) çalışan bir fan-ışın sistemiydi. 1991'de ESA, Avrupa Uzaktan Algılama Uydusu ERS-1 Gelişmiş Mikrodalga Enstrüman (AMI) dağılım ölçeri, ardından 1995'te ERS-2 AMI dağılım ölçeri piyasaya sürdü. Her iki AMI fan-ışın sistemi C-bandında (5.6 GHz) çalıştırıldı. 1996 yılında NASA , bir Ku-bant fan-ışın sistemi olan NASDA ADEOS I uydusunda NASA Saçılımölçeri (NSCAT) başlattı . NASA , 1999 yılında QuikSCAT üzerinde SeaWinds olarak bilinen ilk tarama saçılımölçerini başlattı . Ku-bandında çalıştı. 2002'de NASDA ADEOS-2'de ikinci bir SeaWinds cihazı uçuruldu. Hindistan Uzay Araştırmaları Örgütü , 2009'da Oceansat-2 platformunda bir Ku-bant saçılımölçer başlattı . ESA ve EUMETSAT , 2006'da Metop'ta ilk C-bant ASCAT'ı başlattı - A. Cyclone Küresel Navigasyon Uydu Sistemi 2016 yılında başlatılan (CYGNSS), bir kullanan sekiz küçük uyduların bir takımyıldızı bistatik Dünya'nın yüzeyinden yansıma analiz ederek yaklaşımı Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS) sinyalleri yerine onboard radar vericisi ile.

Botaniğe katkı

Saçılımölçerler, kara kütleleri arasındaki güçlü floristik yakınlıkları açıklamak için rüzgarla anizotropik (yön bağımlı) uzun mesafe dağılımının 19. yüzyılın ortalarından kalma hipotezini kanıtlamaya yardımcı oldu .

Science dergisi tarafından Mayıs 2004'te "Güney Yarımkürede Uzun Mesafe Dağılma Aracı Olarak Rüzgar" başlıklı bir çalışma, SeaWinds saçılımölçeri tarafından 1999'dan 2003'e kadar alınan rüzgar azimutu ve hızının günlük ölçümlerini kullandı . floristik benzerliklerin rüzgar bağlantısı ile coğrafi yakınlıklardan daha güçlü korelasyonu, rüzgarın Güney Yarımküre'deki birçok organizma için dağılma aracı olduğu fikrini destekler.

Yarı iletken ve hassas üretim

Saçılımölçerler, yarı iletken ve hassas işleme endüstrilerinde cilalı ve leplenmiş yüzeylerin pürüzlülüğü için metrolojide yaygın olarak kullanılmaktadır. Topografya değerlendirmesi için geleneksel prob ucu yöntemlerine hızlı ve temassız bir alternatif sağlarlar. Saçılımölçerler vakum ortamıyla uyumludur, titreşime duyarlı değildir ve yüzey işleme ve diğer metroloji araçlarıyla kolayca entegre edilebilir.

kullanır

Uluslararası Uzay İstasyonundaki ISS-RapidScat konumunun çizimi

Dünya gözlem uydularında veya kurulu cihazlarda kullanım örnekleri ve çalışma tarihleri:

Referanslar

Dış bağlantılar