58
Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования Анализ результатов обработки 4-1 4. Анализ результатов обработки В контексте данного пособия анализ результатов обработки рассматривается с точки зрения использования координатно- телеметрических данных для оценки достоверности результатов обработки и ошибок, вносимых при обработке. При визуальном контроле данных на АЭ в случае сомнений в достоверности отдельных участков профилей метеовеличин рекомендуется соотносить их с характером изменения соответствующих координатно-телеметрических данных и наоборот. Так, анализируя характер изменения координат при срыве сопровождения в начале выпуска можно достаточно точно определить период времени, а соответственно, диапазон высот, в котором данные ветра и характер вертикального распределения температуры и влажности могут быть ненадежными. И если анализ данных ветра подтверждает это предположение, то определить по таблице с результатам обработки диапазон давлений, который нужно отметить кодом пропуска в соответствующей части телеграммы. По координатно-телеметрическим данным можно определить временной интервал пропусков в результатах обработки. Наиболее удобно и наглядно оценивать адекватность контроля и обработки, сравнивая первичные и проконтролированные данные: сферические координаты и высоту подъема радиозонда; горизонтальную траекторию полета радиозонда; временной ход температуры и влажности. Такая возможность имеется при сравнении данных в tu- и crd-файлах АРВК МАРЛ-А и «Вектор-М» с данными в RAW- или prof-файлов ПО «Телеграмма» (см. Приложение) при использовании ПО «АРХИВ-АП». На соответствующих графиках далее точками показаны первичные данные из файлов tu и crd, а линиями (при необходимости, с использованием символа ´ для визуализации отсчетов) – проконтролированные данные из RAW-файлов, которые, собственно, и используются при вычислении давления и направления и скорости ветра. На графиках же вертикального распределения температуры и влажности с высотой данные из RAW-файлов показаны точками (см. также раздел 2.3). Отметим также, что данные из RAW-файлов доступны в табличном виде в ПО «Телеграмма» на вкладке «Исходные данные», однако их использование в таком виде достаточно трудоемко. Для определения времени по высоте подъема и наоборот очень удобна кривая подъема, что играет важную роль при сопоставлении вертикальных профилей метевеличин с временным ходом координатно-телеметрических данных при анализе результатов обработки. Ошибки программного обеспечения обработки результатов радиозондирования можно разделить на ошибки контроля исходных данных и собственно ошибки обработки, или вычислительные, алгоритмические и методические ошибки вычисления вертикального распределения геопотенциала, давления, направления и скорости ветра по проконтролированным данным. Последние связаны с использованием неадекватных вычислительных методов, неверных функциональных зависимостей, неправильным учетом тех или иных поправок, чрезмерным сглаживанием, неадекватной интерполяцией пропусков в данных

4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-1

4. Анализ результатов обработки

В контексте данного пособия анализ результатов обработки рассматривается с точки зрения использования координатно-телеметрических данных для оценки достоверности результатов обработки и ошибок, вносимых при обработке.

При визуальном контроле данных на АЭ в случае сомнений в достоверности отдельных участков профилей метеовеличинрекомендуется соотносить их с характером изменения соответствующих координатно-телеметрических данных и наоборот. Так,анализируя характер изменения координат при срыве сопровождения в начале выпуска можно достаточно точно определитьпериод времени, а соответственно, диапазон высот, в котором данные ветра и характер вертикального распределениятемпературы и влажности могут быть ненадежными. И если анализ данных ветра подтверждает это предположение, тоопределить по таблице с результатам обработки диапазон давлений, который нужно отметить кодом пропуска всоответствующей части телеграммы. По координатно-телеметрическим данным можно определить временной интервалпропусков в результатах обработки.

Наиболее удобно и наглядно оценивать адекватность контроля и обработки, сравнивая первичные и проконтролированныеданные: сферические координаты и высоту подъема радиозонда; горизонтальную траекторию полета радиозонда; временнойход температуры и влажности. Такая возможность имеется при сравнении данных в tu- и crd-файлах АРВК МАРЛ-А и«Вектор-М» с данными в RAW- или prof-файлов ПО «Телеграмма» (см. Приложение) при использовании ПО «АРХИВ-АП». Насоответствующих графиках далее точками показаны первичные данные из файлов tu и crd, а линиями (при необходимости, сиспользованием символа ´ для визуализации отсчетов) – проконтролированные данные из RAW-файлов, которые, собственно,и используются при вычислении давления и направления и скорости ветра. На графиках же вертикального распределениятемпературы и влажности с высотой данные из RAW-файлов показаны точками (см. также раздел 2.3). Отметим также, чтоданные из RAW-файлов доступны в табличном виде в ПО «Телеграмма» на вкладке «Исходные данные», однако ихиспользование в таком виде достаточно трудоемко.

Для определения времени по высоте подъема и наоборот очень удобна кривая подъема, что играет важную роль присопоставлении вертикальных профилей метевеличин с временным ходом координатно-телеметрических данных при анализерезультатов обработки.

Ошибки программного обеспечения обработки результатов радиозондирования можно разделить на ошибки контроляисходных данных и собственно ошибки обработки, или вычислительные, алгоритмические и методические ошибки вычислениявертикального распределения геопотенциала, давления, направления и скорости ветра по проконтролированным данным.

Последние связаны с использованием неадекватных вычислительных методов, неверных функциональных зависимостей,неправильным учетом тех или иных поправок, чрезмерным сглаживанием, неадекватной интерполяцией пропусков в данных

Page 2: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-2

или неверной интерполяцией данных на заданные высоты и т.п. Как правило, но далеко не всегда, ошибки обработки носятдостаточно систематический характер и могут и должны быть выявлены на этапе анализа реализации алгоритмов обработки1,тестирования и испытаний программного обеспечения обработки по тестовым наборам исходных данных. К ошибкам такогорода, которые были выявлены по результатам анализа координатно-телеметрических данных и результатов обработки,относятся, например:- неучет изменения ускорения свободного падения с высотой при вычислении давления (АП «ЭОЛ» и ПО «Телеграмма»2);- неверный расчет среднего ветра (сообщение СЛОЙ) в ПО «Телеграмма» в версиях до 2.0167;- спорадические ошибки интерполяции данных на уровни стандартных изобарических поверхностей в ПО «Телеграмма» в

версиях до 2.0194.

Как известно, ни ПО «Телеграмма», ни ПО ОРД АРМ Аэролога, к сожалению, не предусматривают самой возможностипропусков в результатах обработки, которые могут быть связаны с отсутствием или поступлением недостоверных данных(замирания и отказы телеметрии, срывы сопровождения и т.д. и т.п.). Вместо этого либо, при выполнении соответствующихкритериев, обработка прекращается, либо производится интерполяция отсутствующих данных в слое с пропуском наблюдений.При этом такая интерполяция не всегда бывает адекватной.

Так, судя по результатам анализа файлов RAW, ПО «Телеграмма» использует линейную интерполяцию по времени длявосстановления пропущенных данных угловых координат. Это особенно очевидно в случае больших пропусков, как например,показано на рисунках 4-1 - 4-2 для случая со срывом сопровождения в начале выпуска. На графике 4-1 видно, что длявосстановления пропущенных данных использована линейная интерполяция дальности, азимута и угла места по времени. Какследует из рисунка 4-2, такая интерполяция для сферических координат является неадекватной3 и ее использование приводит кполучению недостоверных же результатов обработки по направлению и скорости ветра (рисунок 4-3). Строго говоря, данные оветре в слое с недостоверными координатными данными являются недостоверными и, поэтому, желательно избегатьвключения их в телеграмму. Если же толщина слоя с недостоверными данными ветра превышает 20 гПа, в соответствии с /7,15/необходимо включать в соответствующую часть (B – до уровня 100 гПа или D – в противном случае) аэрологическойтелеграммы данные на границах пропуска в наблюдениях (см. ниже соответствующий пример).

В более сложных случаях при потере данных телеметрии при срыве сопровождения (рисунки 4-4 – 4-7) искажаются нетолько профили направления и скорости ветра, но и температуры и влажности. При этом ПО может ошибочно выбрать вкачестве уровня тропопаузы уровень на нижней границе или же внутри слоя с недостоверной температурой (или высотой).

1 Для этого специалисты ЦАО или даже все заинтересованные специалисты системы Росгидромета должны иметь доступ к соответствующей документациипрограммного обеспечения обработки, что, к сожалению, сейчас невозможно. Не факт даже, что такая документация имеется в полном объеме.2 В версиях до 2.0186.3 Для сравнения, на рисунке 4-3 приведены результаты определения по тем же данным направления и скорости ветра ПО АП «ЭОЛ».

Page 3: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-3

Такие «ложные» тропопаузы необходимо исключать из телеграммы, заменив соответствующие группы на группу 88999, еслидругих максимумов не наблюдалось. Ниже приведен для рассматриваемого выпуска приведено содержимое файлов KN04 иKN4 c автоматически созданными и отредактированными на АЭ вручную перед подачей в АСПД частями А и В аэрологическойтелеграммы КН-04 TEMP:

Файл KN044 Файл KN4TTAA 15001 23804 99002 30921 02001 00133 30717 02502 9269819945 05011 85329 19549 05009 70750 24757 05506 50513 3756223509 40664 48157 23012 30849 57750 20010 25964 55350 0550320106 54156 02503 15292 52359 36005 10556 48562 31510 8832956950 28510 77999=

TTBB 15003 23804 00002 30921 11977 29706 22955 22116 3391019556 44856 19349 55787 21529 66697 24958 77665 27160 8850537363 99472 39761 11333 56550 22329 56950 33280 58550 4424855150 55100 48562 21212 00002 02001 11977 07508 22921 0501133815 06009 44768 04507 55703 06006 66682 04006 77584 0350488518 24005 99381 23014 11254 05502 22172 26502 33151 0050544141 30006 55132 32510 31313 58903 82331 41414 00901=

TTAA 15001 23804 99002 30921 02001 00133 30717 02502 9269821350 05011 85323 19549 05009 70750 24757 05506 50513 3756223509 40664 48157 23012 30/// ///// ///// 25964 55350 /////20106 54156 ///// 15291 52359 00505 10556 48562 31510 8899977999=

TTBB 15003 23804 00002 30921 11977 29706 22955 25528 3391019556 44856 19349 55787 21529 66697 24958 77664 27160 8850437363 99472 39761 11333 56550 22/// ///// 33280 58550 4424855150 55100 48562 21212 00002 02001 11977 07508 22921 0501133814 06009 44768 04507 55702 06006 66682 04006 77584 0350488517 24005 99381 23014 11/// ///// 22172 26502 33150 0050544141 30006 55132 32510 31313 58903 82331 41414 00901=

При этом, судя по содержимому файла SP (см. Приложение), лишние особые точки были исключены с использованиемграфического интерфейса ПО «Телеграмма», а ручная правка потребовалась только для исключения ошибочного уровнятропопаузы и ввода символов «/». Единственное, что следует отметить по части действий аэрологов перед подачейтелеграммы, это то, что исключение данных ветра на уровне 250 гПа и выше было излишним, на этих уровнях ни координаты,ни их обработка сомнений не вызывает. И, разумеется, нельзя пройти мимо различий в результатах при загрузке данных в ПО«Телеграмма» из архива – помимо сравнительно незначимых различий есть и расхождения в несколько градусов в температурена нижних уровнях!

Анализ данных радиозондирования, в особенности новых АРВК, показывает, что наиболее грубые ошибки в результатахобработки в большинстве своем связаны именно с ошибками контроля исходных данных, которые подразделяются на двекатегории: «пропуск ошибки» – использование в обработке недостоверных данных и, наоборот, «ложное срабатывание» –отбраковка достоверных данных вследствие чересчур жесткого или неадекватного контроля. В теории контроля эти категорииназываются5 ошибками первого и второго рода. В идеале, при сбалансированном контроле ошибки обоих родов должны бытьдостаточно малы и иметь примерно равную повторяемость.

4 Файл был создан при загрузке выпуска из архива уже после завершения выпуска при критическом контроле, который проводил инженер-аэролог.5 Иногда эти определения используются с точностью до наоборот – в зависимости от того, рассматривается ли риск поставщика или потребителя.

Page 4: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-4

На рисунке 4-8 на графике сферических координат радиозонда наблюдается типичная ошибка первого рода – при сбоесопровождения по наклонной дальности ПО взяло в обработку одно единственное недостоверное значение наклоннойдальности на 1306 секунде, в сочетании с ошибками второго рода – в обработке не использовано довольно большое количестводостоверных отсчетов дальности с 1220 по 1460 с. Рисунок 4-9 с графиком горизонтальной траектории полета радиозондаиллюстрирует искажение траектории, а рисунок 4-10 – искажение вертикальных профилей температуры (коричневым цветомотображается слой со сверхадиабатическим градиентом) и влажности, вызванные ошибками обработки. Если искаженияневелики, то на АЭ при контроле качества данных перед отправкой телеграммы достаточно ограничиться исключением уровня снедостоверной высотой (в рассматриваемом выпуске – на уровне 6.25 км) из числа особых точек температуры и влажности иотметить пропуском соответствующий слой (в рассматриваемом выпуске 5.5 – 7 км) в особых точках по направлению и скоростиветра. В данном выпуске занижение средней температуры в слое 6.2 – 8 км из-за искажения высоты привело к занижениюгеопотенциала6 на ~20 гпм на уровнях 400 гПа и выше, что уже сравнимо с предельно допустимыми погрешностями обработки.В подобных случаях может потребоваться «обрезать» выпуск выше последнего уровня с достоверными данными, либоисключить недостоверные данные из файлов tu или crd, используя программу «Корректор» (ВНИМАНИЕ: смотрите раздел 2.2по вопросу о порядке внесения изменений!). Для примера, на рисунках 4-10 - 4-13 показаны результаты обработки координатно-телеметрических данных того же выпуска после удаления из crd-файла отсчета на 1306 секунде. Как показывают рисунки 4-11 –4-12, исключение недостоверного отсчета не привело к более достоверным результатам определения траектории полетарадиозонда из-за искажений угла места и азимута вследствие линейной интерполяции.

Наконец, на рисунке 4-14 для показаны результаты обработки исходных координатно-телеметрических файлов7 данноговыпуска ПО АП «ЭОЛ». Обращает на себя внимание небольшая разница в температуре на верхних уровнях, судя по всемувызванная различиями в процедуре ввода радиационных поправок.

В этом же выпуске хотелось бы обратить внимание на резкое повышение температуры в конце подъема выше 24 км. Это,безусловно, недостоверная температура и данные выше 24 км должны быть исключены из телеграммы, но ошибка в данномслучае носит методический характер. Как видно из рисунка 4-15, скорость подъема медленно снижается в течение всеговыпуска, достигая в конце выпуска (6950 с) практически нулевых значений, т.е. оболочка в конце подъема фактически «зависла»(ср. рисунок 4-8). В отсутствие обдува происходит значительный радиационный разогрев датчика температуры (см. рисунок 4-16). К сожалению, в действующем наставлении /12/ не оговорен нижний предел допустимой скорости подъема, что затрудняетвзаимодействие с разработчиками ПО по отбраковке подобных данных, и этот недостаток необходимо исправлять.

Еще один пример ошибки контроля первого рода показан на рисунках 4-17 – 4-18, где показано, как один единственный

6 Для экспресс-оценки можно воспользоваться таблицей Excel «Типовые расчеты для радиозондирования» http://komet.webzone.ru/kats/aerocalcn.htm.7 Поскольку непосредственно использовать info-, tu- и crd-файлы МАРЛ-А и «Вектор-М» для обработки ПО АП «ЭОЛ» из-за незначительных различий в наименованияхфайлов, а также содержании info-файлов (см. Приложение), для обработки в АП «ЭОЛ» проводилось преобразование файлов новых АРВК с использованием программы«Корректор».

Page 5: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-5

недостоверный отсчет азимута исказил результаты обработки ветра. Однако, в общем случае, при анализе ошибок обработки вданных АП «ЭОЛ» сложнее определить, какие из недостоверных отсчетов были использованы при обработке, т.к. результатыконтроля недоступны.

На рисунках 4-19 – 4-20 показаны координатные данные и траектория полета радиозонда в выпуске на АВК-1 снеисправностью в канале измерения азимута – при развороте антенны с запада на восток через север с 621 по 1480 срегистрируются недостоверные значения азимута (это особенно наглядно видно на графике наблюдаемой горизонтальнойтраектории полета. Соответственно, в результатах обработки данные о ветре в слое 3.5 – 9 км данные о ветре недостоверны(рисунок 4-21) и их необходимо исключить из телеграммы. Для этого целесообразно воспользоваться сервисом,предоставляемым ПО АП «ЭОЛ» - рисунки 4-22 – 4-27. На графиках с профилями направления и скорости ветра необходимоисключить все особые точки за исключением одной (либо по направлению, либо по скорости ветра). Затем в окне просмотра иредактирования текста телеграммы (рисунок 4-26) необходимо заменить давление и данные на уровне особой точки внутриисключаемого слоя на символы пропуска «/», а также исключить в части А данные ветра на уровнях 300 гПа и тропопаузы,которые попали в слой с недостоверными данными. Результаты необходимо сохранить обычным образом. Если недостоверныерезультаты обработки привели к выбору максимального ветра, то соответствующие группы также рекомендуется исключить изтелеграммы, заменив их на группу 77999, если других максимумов не наблюдалось.

Использование в обработке недостоверных данных температуры и влажности встречается сравнительно редко и, какправило, в случаях, когда имеют место единичные выбросы, достаточно очевидно уже из анализа вертикальных профилейтемпературы и влажности. Так, на рисунке 4-28 вызывает сомнения выброс относительной влажности на уровне 3.7 км хотя быуже в силу достаточно большой инерционности отечественных датчиков влажности при низких температурах. Как показываетанализ первичных данных температуры и влажности (рисунок 4-29) на 714 и 724 секундах имел место сбой приема и обработкителеметрических данных, что выразилось в поступлении недостоверных значений как температуры, так и влажности.Недостоверные значения температуры при обработке были отбракованы, а вот недостоверные значения влажности вошли врезультаты обработки. Такие уровни целесообразно исключать из числа особых точек.

Не так уж редко приходится наблюдать и ошибки контроля второго рода, причем даже в тех случаях, когда в координатно-телеметрических данных отсутствуют грубые ошибки. Скорее всего, это связано с неправильным выбором критериев длядопустимых пределов изменения градиентов координатно-телеметрических данных, т.е. вызвано недостаточной методическойпроработкой алгоритмов контроля. Характерным примером таких ошибок является «обрезание» ПО «Телеграмма» глубокихприземных и приподнятых инверсий (см. рисунок 4-30) – при обработке отбраковываются уровни с значительнымотрицательным градиентом температуры. На рисунке 4-31 приведен особенно экстремальный такой случай в выпуске08.12.2009-00ВСВ на АЭ Верхоянск, где в зимние месяцы из-за ошибок обработки температуры наблюдалось систематическоезанижение геопотенциальной высоты на уровне 850 гПа на ~20 м. Для сравнения, на рисунке 4-32 приведены результатыобработки данных этого же выпуска АП «ЭОЛ».

Page 6: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-6

Существующие программные средства обработки данных радиозондирования не предусматривают возможности учетасубъективной оценки оператором качества первичных данных и достоверности обработки. Поэтому, к сожалению, несуществует легитимного способа исправления ситуации, который бы позволил получить корректные результаты обработки длявыпусков с ошибками контроля второго рода, без переработки самого ПО. В концепции разработки унифицированного ПОобработки, о котором упоминалось в разделе 2.2, для подобных случаев предусматривается возможность подтвержденияоператором достоверности данных наблюдений.

Другой пример показан на рисунках 4-33-4-35. В результатах обработки этого выпуска проигнорированы температура ивлажность, наблюдаемые в слое 9-9.5 км, а вместо них использованы результаты линейной интерполяции. Как видно из рисунка4-34, в слое 9-9.5 км антенна АРВК адекватно отработала переход радиозонда через зенит, однако ПО обработки отбраковалочасть достоверных данных координат сразу после разворота (возможно из-за большой, но вполне реальной, скоростиизменения азимута). При этом, как следует из рисунка 4-35, одновременно из обработки были исключены достоверные значениятемпературы и влажности, наблюдавшиеся в соответствующий промежуток времени, и заменены линейной интерполяцией.Поскольку это произошло в слое, в котором температура и сама изменяется линейно, а влажность меняется незначительно, этоне оказало большого влияния на дальнейшую обработку, в т.ч. вычисление давления, но потенциально игнорированиенаблюдаемых температуры и влажности может привести к серьезному ухудшению качества обработки.

Аналогичным образом, из-за отбраковки достоверных значений координат, но уже при наличии недостоверных данных,образовался и менее значительный пропуск в температуре и влажности в районе 1850 с. Как видно на рисунке 4-36, в обработкубыл взят выброс по дальности на 1821 с, а два предшествующих недостоверных и четыре последующих достоверных отсчетабыли исключены. В результате, в файле RAW достоверной температуре на 1821 с была приписана недостоверная высота,поэтому в слое 8.36-8.39 км наблюдается недостоверный сверхадиабатический градиент.

Как показал анализ результатов обработки ПО «Телеграмма», при пропусках или исключении из обработки координатныхданных за некоторый интервал времени оно одновременно отбраковывает данные температуры и влажности за этот интервал8,независимо от их качества. Это приводит к появлению достаточно больших пропусков в результатах обработки, которыедостаточно сложно идентифицировать с помощью собственно ПО «Телеграмма». В случае же пропусков температуры ивлажности за некоторый интервал их значения интерполируются, если в этом интервале имеются пригодные для обработкиданные координат.

В то же время при контроле координат не принимаются во внимания искажения градиента температуры. Поэтому-то врезультатах автоматической обработки данных новых АРВК в профилях температуры довольно часто возникают

8 То есть, при этом не производится попытки интерполяции кривой высоты подъема, которая вполне удовлетворительно восстанавливается на достаточно протяженныхучастках подъема.

Page 7: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-7

недостоверные изломы, связанные с неадекватной обработкой координат. В подобных случаях, если искажения не оказалисущественного влияния на расчет давления, их имеет смысл исключать из особых точек (рисунок 4-37).

В том же выпуске, который рассматривался выше, наблюдался целый «букет» проблем с ПО. Как видно из рисунка 4-33,выше 22.7 км наблюдаются недостоверные значения температуры. Как выяснилось, это происходит из-за того, что в tu-файлах«Вектор-М» используются коды пропуска данных, наличие которых не предусмотрено ПО «Телеграмма»:

5322 999.90 19.115332 -49.61 18.575342 -49.47 18.575352 -49.45 19.115277 999.90 19.115287 -49.47 19.115297 -49.59 19.115307 -49.57 19.875317 -49.49 19.875327 -49.47 999.905337 -49.50 19.085347 -49.65 19.08

В результате, при достаточно частых пропусках данных, программа обработки может воспринимать их, как достоверныезначения, что приводит к браку обработки. В таких случаях на АЭ единственным, к сожалению, способом получить результатыобработки до конца подъема также является «правка» оригинальных файлов путем исключения отсчетов с кодами пропусков(ВНИМАНИЕ: смотрите раздел 2.2 по вопросу о порядке внесения изменений!).

Как показывает рисунок 4-38, с некоторого момента времени (5357 с) все допустимые значения температуры исключаютсяиз обработки, также в обработку взяты два недопустимых значения влажности. Как следует из приведенного выше фрагментапервичных данных температуры и влажности (обратите внимание на шрифтовое выделение), а также из рисунка 4-34, этотмомент приходится также еще и на сбой времени (см. раздел 3.1). Поскольку у автора имелась возможность доступа к ПОМАРЛ-А, и оригинальные файлы, и файлы после удаления пропусков температуры и влажности и корректировки сбоя времени впрограмме «Корректор» были обработаны версией ПО «Телеграмма» для МАРЛ-А (рисунок 4-39). Обращает на себя вниманиетот факт, что результаты обработки профилей температуры и влажности по одним и тем же оригинальным исходных даннымразными версиями ПО «Телеграмма» различаются так заметно. Сравнение результатов обработки ветра (рисунок 4-40) такжепоказывает значительное расхождение. Как показывает анализ сырых данных координат (рисунок 4-41), в слое 9-9.5 км ПО«Телеграмма» для МАРЛ-А также забраковала достоверные координаты, однако вместо пропуска провела их линейнуюинтерполяцию, что, как видно рисунка 4-42, привело к искажению горизонтальной траектории полета радиозонда и,

Page 8: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-8

соответственно, к недостоверному выбросу скорости ветра на уровне 9.4 км. Как правило, подобные уровни выбираются ПО вкачестве особых точек (см. рисунок 4-43). Если, как в данном случае, слой с недостоверными результатами обработкидостаточно большой, то следует не исключать9 соответствующую особую точку, а идентифицировать его в таблице выпуска(рисунок 4-44), а затем обозначить в части B (или D, в зависимости от высоты) согласно /7,15/ границы слоя, в которомотсутствуют данные о ветре (рисунок 4-45).

Необходимо иметь в виду, что результаты этой правки тут же будут потеряны, как только оператор введет новую илиисключит существующую особую точку на любом из профилей. Поэтому редактировать текст телеграммы имеет смысл толькопосле завершения проверки выбора особых точек и выявления недостоверных данных, а исправленную телеграммунеобходимо сохранить – нажать кнопку «Отправить/Распечатать», выбрать «КN4» и «Сохранить» и нажать «ОК», на диске будетсохранен файл с расширением KN4, содержащий отредактированную телеграмму. Следует подчеркнуть, что под правкойтелеграммы подразумевается исключительно замена недостоверных данных на группы «/////» или «///» - любые другиеизменения желательно вносить, пользуясь предназначенным для этого соответствующим программным интерфейсом: дляисключения или добавления уровней особых точек10 – на графиках температуры и влажности, направления и скорости ветра;для изменения наземных данных – программой «Корректор».

К сожалению, штатными средствами ПО «Телеграмма» на сегодняшний день невозможно обеспечить сохранность в одномфайле результатов редактирования текста частей A и B, произведенного до окончания выпуска, и частей C и D,сформированных после его завершения. После завершения выпуска части A и B будут сгенерированы заново, а возможностьсохранить вновь сформированные части C и D в отдельном файле отсутствует. Единственный способ сохранить результатыправки в данных до 100 и выше 100 гПа в файле KN4 после завершения выпуска – это распечатать части A и B послезавершения правки первой части подъема, а затем после завершения выпуска вручную внести соответствующие изменения втелеграмму КН-04 и опять сохранить ее в файле KN4, как описано выше. Альтернативный вариант, это после внесения исохранения изменений в текст частей A и B переименовать11 файл KN4 в Проводнике Windows, введя AB перед расширениемKN4, например - 20100513-1730.KN4 следует переименовать в 20100513-1730.AB.KN4. В этом случае по завершении выпускаследует удалить в ПО «Телеграмма» из телеграммы КН-04 части A и B и сохранить ее в файле KN4, как описано выше. Такимобразом, после окончания работы с ПО «Телеграмма» в файловом архиве на диске останется два файла: AB.KN4 с частями Aи B и KN4 с частями C и D.

Что касается таблицы с результатами зондирования, то вносить в нее ручные правки в общем случае не рекомендуется,

9 Если только слой с недостоверными данными включает только одну особую точку, в противном случае лишние особые точки следует исключить, оставив только одну.10 Исключение или добавление особых точек вручную в тексте телеграммы очень часто приводит к сбою порядковых номеров уровней особых точек температуры ивлажности или ветра.11 Переименованные файлы также должны включаться в файловые архивы данных радиозондирования.

Page 9: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-9

если иное не предусмотрено практикой12, принятой в данном УГМС. В последнем случае правку следует производить, а еерезультаты сохранять в файлах TAE3 только после завершения всего выпуска – нажать кнопку «Отправить/Распечатать»,выбрать «TAE-3» и «Сохранить» и нажать «ОК». Вносить исправления в результаты обработки настоятельно не рекомендуется.При необходимости внесения дополнительной информации, если это предусмотрено в данном УГМС, ее следует вносить послестроки «ПРИЗЕМНАЯ ОШИБКА ВЛАЖНОСТИ» перед заголовком « H P T U D V TD» или же после таблицы сданными. В последнем случае рекомендуется вставить перед дополнительной информацией символ конца файла «→» для чегонеобходимо перевести курсор в последнюю позицию текста после последней строки таблицы, нажать клавишу «Alt» иудерживая ее, набрать на цифровой клавиатуре13 26.

12 В подобных случаях такую практику желательно согласовывать с ЦАО и ВНИИГМИ-МЦД.13 Расположенные в правой части клавиатуры аналогично калькулятору клавиши от 0 до 9.

Page 10: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-10

Время, с2 0001 8001 6001 4001 2001 0008006004002000

D, k

m

70

60

50

40

30

20

10

0

A, °

330

300

270

240

210

180

150

120

90

60

Z, k

m

12

10

8

6

4

2

0

El,°

75

60

45

30

15

0

Рисунок 4-1. Линейная интерполяция сферических координат радиозонда при срыве сопровождения. МАРЛ-А.

Page 11: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-11

X, км1050

Y, к

м

4

3

2

1

0

-1

-2

-3

-4

Рисунок 4-2. Траектория полета радиозонда при линейной интерполяции сферических координат радиозонда (тот же выпуск, что и нарисунке выше).

Page 12: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-12

f, м/с70605040302010

D, °3603303002702402101801501209060

H/1

000,

гпм

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Рисунок 4-3. Недостоверные данные ветра из-за неадекватной интерполяции сферических координат радиозонда (тот же выпуск, что и нарисунке выше). Пунктиром показана обработка АП «ЭОЛ».

Page 13: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-13

Время, с4 5004 0003 5003 0002 5002 0001 5001 0005000

D, k

m

38

36

34

32

30

28

26

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

A, °

3503403303203103002902802702602502402302202102001901801701601501401301201101009080706050403020100

Z, k

m

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

El,°

90

85

80

75

70

65

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

Рисунок 4-4. Срыв сопровождения при переходе радиозонда через зенит – линейная интерполяция сферических координат. МАРЛ-А.

Page 14: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-14

Время, с4 5004 0003 5003 0002 5002 0001 5001 0005000

T, °

C

-20

-25

-30

-35

-40

-45

-50

-55

U,%

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Рисунок 4-5. Пропуски в телеметрии при срыве в сопровождении (тот же выпуск, что и выше).

Page 15: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-15

f, м/с181512963

D, °360330300270240210180150120906030

H/1

000,

гпм

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Рисунок 4-6. Недостоверный ветер в слое со срывом в сопровождении (тот же выпуск, что и выше).

Page 16: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-16

T, °C-20-22-24-26-28-30-32-34-36-38-40-42-44-46-48-50-52-54-56-58

U, %908070605040302010

H/1

000,

гпм

10

8

6

4

2

Рисунок 4-7. Недостоверные температура и влажность в слое со срывом в сопровождении (тот же выпуск, что и выше). ПО ошибочновыбрало уровень тропопаузы на высоте 7.91 км.

Page 17: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-17

Время, с7 0006 0005 0004 0003 0002 0001 0000

D, k

m

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

A, °

210

180

150

120

Z, k

m

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

El,°

60

45

30

15

0

Рисунок 4-8. Ошибка контроля первого рода – недостоверное значение дальности использовано в обработке. МАРЛ-А.

Page 18: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-18

X, км420-2

Y, к

м

0

-2

-4

-6

0

326

653

9801306

1633

Рисунок 4-9. Последствия использования недостоверного отсчета дальности – искажение траектории полета (тот же выпуск, что и нарисунке выше).

Page 19: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-19

T, °C50-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55

U, %80706050403020

H/1

000,

гпм

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

Рисунок 4-10. Последствия использования недостоверного отсчета дальности - искажение профилей температуры и влажности (тот жевыпуск, что и на рисунке выше). Пунктиром показаны результаты повторной обработки после его исключения.

Page 20: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-20

Время, с7 0006 5006 0005 5005 0004 5004 0003 5003 0002 5002 0001 5001 0005000

D, k

m

6462605856545250484644424038363432302826242220181614121086420

A, °

225

220

215

210

205

200

195

190

185

180

175

170

165

160

155

150

145

140

135

130

125

120

Z, k

m

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

El,°

6462605856545250484644424038363432302826242220181614121086420

-2-4

Рисунок 4-11. Результаты повторной обработки координат после исключения недостоверного отсчета (тот же выпуск, что и на рисункевыше).

Page 21: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-21

X, км420-2

Y, к

м

0

-2

-4

-6

0

326

653

980

1311

1638

Рисунок 4-12. Результаты повторной обработки координат после исключения недостоверного отсчета (тот же выпуск, что и на рисункевыше).

Page 22: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-22

f, м/с1815129630

D, °330300270240210180150120906030

H/1

000,

гпм

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Рисунок 4-13. Направление и скорость ветра по результатам оригинально и повторной (пунктир) обработки после исключениянедостоверного отсчета (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 23: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-23

T, °C50-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55

U, %828078767472706866646260585654525048464442403836343230282624222018

H/1

000,

гпм

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

Рисунок 4-14. Сравнение результатов обработки ПО «Телеграмма» и АП «ЭОЛ» (тот же выпуск, что и на рисунке выше). Штриховой линиейпоказаны результаты обработки АП «ЭОЛ».

Page 24: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-24

Время, с7 0006 5006 0005 5005 0004 5004 0003 5003 0002 5002 0001 5001 000500

Va, м

/c

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Рисунок 4-15. Снижение скорости подъема и «зависание» оболочки (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 25: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-25

Время, с7 0006 0005 0004 0003 0002 0001 0000

T, °

C

5

0

-5

-10

-15

-20

-25

-30

-35

-40

-45

-50

-55

U,%

80

70

60

50

40

30

20

Рисунок 4-16. Радиационный перегрев датчика температуры при снижении скорости подъема (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 26: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-26

Время, с4 0003 0002 0001 0000

D, k

m

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

A, °

330

300

270

240

210

180

150

120

90

60

30

Z, k

m

25

20

15

10

5

0

El,°

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Рисунок 4-17. Ошибка контроля первого рода – недостоверное значение азимута использовано в обработке. АВК-1.

Page 27: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-27

f, м/с32282420161284

D, °30025020015010050

H/1

000,

гпм

25

20

15

10

5

Рисунок 4-18. Последствия использования недостоверного отсчета азимута - искажение профилей направления и скорости ветра (тот жевыпуск, что и на рисунке выше). Пунктиром показаны результаты повторной обработки после его исключения.

Page 28: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-28

Время, с5 0004 5004 0003 5003 0002 5002 0001 5001 0005000

D, k

m

120

115

110

105

100

95

90

85

80

75

70

65

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

A, °

360

330

300

270

240

210

180

150

120

90

60

30

Z, k

m

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

El,°

85

80

75

70

65

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

-5

Рисунок 4-19. Неисправность в канале измерения азимута. АВК-1 – АП «ЭОЛ».

Page 29: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-29

X, км4035302520151050

Y, к

м

30

25

20

15

10

5

0

Рисунок 4-20. Неисправность в канале измерения азимута – участок траектории полета (тот же выпуск, что и выше).

Page 30: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-30

f, м/с39363330272421181512963

D, °3303002702402101801501209060300

H/1

000,

гпм

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Рисунок 4-21. Последствия использования недостоверных отсчетов азимута - искажение профилей направления и скорости ветра (тот жевыпуск, что и на рисунке выше).

Page 31: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-31

Рисунок 4-22. Результаты автоматической обработки – направление ветра (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 32: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-32

Рисунок 4-23. Результаты автоматической обработки – скорость ветра (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 33: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-33

Рисунок 4-24. Исключение особых точек по направлению ветра в слое с недостоверными результатами обработки (тот же выпуск, что и нарисунке выше).

Page 34: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-34

Рисунок 4-25. Исключение особых точек по скорости ветра в слое с недостоверными результатами обработки (тот же выпуск, что и нарисунке выше).

Page 35: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-35

Рисунок 4-26. Аэрологическая телеграмма, сформированная по результатам корректировки особых точек на графиках профилей направленияи скорости ветра (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 36: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-36

Рисунок 4-27. Ручное редактирование текста телеграммы (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 37: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-37

T, °C-20-25-30-35-40-45-50-55-60

U, %908070605040

H/1

000,

гпм

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

Рисунок 4-28. Ошибка контроля первого рода – недостоверные значения влажности использованы в обработке. «Вектор-М».

Page 38: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-38

Время, с1 2001 1001 0009008007006005004003002001000

T, °

C

15

10

5

0

-5

-10

-15

-20

-25

-30

-35

-40

-45

-50

U,%

100

95

90

85

80

75

70

65

60

55

50

45

40

35

Рисунок 4-29. Тот же выпуск, что и на рисунке выше – первичные и проконтролированные данные температуры и влажности.

Page 39: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-39

Время, с8006004002000

T, °

C

-15

-20

-25

-30

-35

U,%

90

80

70

60

50

40

30

20

10

Рисунок 4-30. Неадекватная обработка приподнятой инверсии. МАРЛ-А.

Page 40: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-40

Рисунок 4-31 . Неадекватная обработка глубокой инверсии. «Вектор-М».

Page 41: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-41

Рисунок 4-32. Сравнение обработки глубокой инверсии АП «ЭОЛ» (пунктирная линия) и ПО «Телеграмма» (тот же выпуск, что и на рисункевыше).

Page 42: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-42

T, °C2520151050-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60

U, %828078767472706866646260585654525048464442403836343230282624222018

H/1

000,

гпм

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Рисунок 4-33. Необоснованный пропуск данных температуры в слое 9-9.5 км. Точками показаны данные из RAW-файла. «Вектор-М».

Page 43: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-43

Время, с6 5006 0005 5005 0004 5004 0003 5003 0002 5002 0001 5001 0005000

D, k

m

44

42

40

38

36

34

32

30

28

26

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

A, °

300

290

280

270

260

250

240

230

220

210

200

190

180

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

Z, k

m

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

El,°

90

85

80

75

70

65

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

-5

Рисунок 4-34. Исключение из обработки достоверных значений координат в слое 9-9.5 км (тот же выпуск, что и на рисунке выше). Данныеиз RAW-файла дополнительно отмечены диагональными крестиками.

Page 44: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-44

Время, с3 0002 8002 6002 4002 2002 0001 8001 6001 4001 200

T, °

C

-18

-20

-22

-24

-26

-28

-30

-32

-34

-36

-38

-40

-42

-44

-46

-48

-50

-52

-54

-56

-58

-60

U,%

68

66

64

62

60

58

56

54

52

50

48

46

44

42

40

38

36

34

32

30

28

26

24

22

20

18

Рисунок 4-35. Исключение из обработки достоверных значений температуры и влажности (тот же выпуск, что и на рисунке выше). Данныеиз RAW-файла дополнительно отмечены диагональными крестиками.

Page 45: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-45

Время, с2 0502 0001 9501 9001 8501 8001 7501 7001 6501 6001 550

D, k

m

9

8.9

8.8

8.7

8.6

8.5

8.4

8.3

8.2

8.1

8

7.9

7.8

7.7

7.6

7.5

7.4

7.3

7.2

7.1

7

A, °

120

115

110

105

100

Z, k

m

9

8.9

8.8

8.7

8.6

8.5

8.4

8.3

8.2

8.1

8

7.9

7.8

7.7

7.6

7.5

7.4

7.3

7.2

7.1

7

El,°

90

88

86

84

82

80

78

76

74

Рисунок 4-36. Неадекватная обработка выброса по дальности (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 46: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-46

Рисунок 4-37. Исключение особых точек, выбранных автоматически из-за неадекватной обработки (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 47: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-47

Время, с6 5006 0005 5005 0004 5004 0003 5003 0002 5002 0001 5001 0005000

T, °

C

1 000

950

900

850

800

750

700

650

600

550

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

-50

U,%

1 000

950

900

850

800

750

700

650

600

550

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

Рисунок 4-38. Проблема с обработкой кодов пропусков в данных «Вектор-М» в ПО «Телеграмма», данные из RAW-файла отмеченылиниями (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 48: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-48

T, °C2520151050-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60

U, %80757065605550454035302520

H/1

000,

гпм

282726

252423

2221

201918

171615

141312

1110

987

654

321

0

Рисунок 4-39. Повторная обработка после исключения кодов пропусков и корректировки сбоя времени, результаты обработки оригинальныхисходных данных показаны пунктиром (тот же выпуск, что и на рисунке выше, обработка ПО «Телеграмма» для МАРЛ-А).

Page 49: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-49

f, м/с15141312111098765432

D, °330300270240210180150120906030

H/1

000,

гпм

28

26

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

Рисунок 4-40. Сравнение обработки оригинальных исходных данных версиями ПО «Телеграмма» для «Вектор-М» и МАРЛ-А (пунктир).Показаны данные того же выпуска, что и на рисунке выше.

Page 50: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-50

Время, с6 5006 0005 5005 0004 5004 0003 5003 0002 5002 0001 5001 0005000

D, k

m

44

42

40

38

36

34

32

30

28

26

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

A, °

300

290

280

270

260

250

240

230

220

210

200

190

180

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

Z, k

m

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

El,°

90

85

80

75

70

65

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

-5

Рисунок 4-41. Обработка ПО «Телеграмма» для МАРЛ-А тех же данных, что и на рисунке 4-34. Исключение из обработки достоверныхзначений координат в слое 9-9.5 км. Данные из RAW-файла дополнительно отмечены диагональными крестиками.

Page 51: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-51

X, км210-1-2-3-4-5-6-7-8

Y, к

м1

0

-1

-2

-3

-4

11

107121613242

Рисунок 4-42. Последствия замены достоверных сферических координат их линейной интерполяцией ПО «Телеграмма» для МАРЛ-А,данные RAW-файлов дополнительно обозначены диагональными крестиками (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 52: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-52

Рисунок 4-43. Особая точка с недостоверным значением скорости ветра на уровне 9.41 км (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 53: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-53

Рисунок 4-44. Таблица выпуска с недостоверными данными (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 54: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-54

Рисунок 4-45. Телеграмма для выпуска с недостоверными данными (тот же выпуск, что и на рисунке выше).

Page 55: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-55

Существует распространенное заблуждение, что результатом радиозондирования является исключительноаэрологическая телеграмма, в крайнем случае – ТАЭ-3. Поскольку аэрологическое радиозондирование заключается вопределении вертикального распределения давления, температуры, влажности, геопотенциальной высоты, скорости инаправления ветра, аэрологическая информация включает, но не ограничивается значениями метеорологических величинна стандартных изобарических уровнях, стандартных (геометрических) высотах над поверхностью Земли и уровнем моря,уровнях тропопаузы и максимального/наибольшего ветра, на уровнях особых точек (резких изменений в вертикальномраспределении) температуры, влажности, скорости и направления ветра.

Использование стандартных высот является рудиментом ручной обработки (при ручной обработке данных системарадиозондирования, в которых давление измерялось непосредственно датчиком радиозонда, а не вычислялось по даннымвысоты, температуры и влажности, стандартные высоты не использовались). При ручной обработке исходными данными дляобработки являются (на примере системы радиозондирования «Метеорит»-МАРЗ-2 /6/ ):

- высота подъема каждую минуту до 10-й мин подъема, и каждые 2 минуты с 10-й минуты и до конца подъема;- температура в точках изломов кривой зависимости температуры от времени, но не реже 1.5 мин в тропосфере и 2

мин в стратосфере,- влажность в точках изломов кривой зависимости температуры от времени, но не реже длительности

телеметрического цикла (~100 c);- положение радиозонда через каждые 0,5 мин до 3 й мин наблюдения; через 1 мин с 3 й по 10 ю мин, через 2 мин с

10-й по 40-ю мин; через 4 мин с 40-й мин до конца наблюдения.

По кривой подъема с помощью интерполяции высоты по времени определяются высоты уровней особых точектемпературы, влажности, направления и скорости ветра; с помощью интерполяции метеовеличин по времени определяютсязначения метеовеличин на уровнях стандартных высот (0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0 км и т.д.). По данным о наземных давлении,температуре и влажности и данным температуры и влажности на стандартных высотах и уровнях особых точек по уравнениюгидростатики рассчитывается давление на стандартных высотах и уровнях особых точек. По данным о давлении настандартных высотах и средней виртуальной температуре в соответствующих слоях между ними рассчитываются высоты науровнях стандартных изобарических поверхностей (1000, 925, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100, 70, 50, 30, 20 и 10 гПа).Наконец, метеовеличины интерполируются по давлению на уровни стандартных изобарических поверхностей. Собственно, такназываемая таблица ТАЭ-3 и отражает этот расчет.

Вычислительные возможности современных систем автоматической обработки позволяют обеспечивать расчет давления иветра с вертикальным шагом, ограничиваемым только длительностью телеметрического цикла радиозонда и темпомрегистрации координат. Достаточно наглядно иллюстрирует эффект перехода от обработки СЦВМ А-15 (вертикальное

Page 56: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-56

разрешение при обработке 500 м) к обработке на ПЭВМ приведенный на рисунке график высоты тропопаузы на одной изаэрологических станций.

Рисунок 4-46: Высота тропопаузы (восстановленная из телеграмм) на АЭ 22522 Кемь. АРВК МАРЛ-А установлен в конце апреля 2009 г.

Соответственно, за исключением ПО «Аэрология» ОКБ Пеленг, которое воспроизводит обработку СЦВМ А-15, всесовременные системы радиозондирования, используемые на аэрологической сети Росгидромета, производит обработкурезультатов радиозондирования с использованием последовательности совмещенных во времени значений температуры,

Page 57: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-57

влажности и координат радиозондов с достаточно высоким вертикальным разрешением, но не все системы обеспечиваютсохранение этих результатов в соответствующих файлах.

В ПО АРМ Аэролога для получения и представления результатов радиозондирования используется постоянныйвертикальный временной шаг 10 с, выдача данных на уровнях стандартных высот в общем случае не предусмотрена.

В АП «ЭОЛ» обработка данных температуры и влажности ведется с темпом, равным длительности телеметрическогоцикла радиозонда, а слои для вычисления ветра переменные, толщина которых зависит от наклонной дальности/10/, однакосохранение подробных результатов обработки не предусмотрено.

В ПО «Телеграмма», используемом в АРВК МАРЛ-А и «Вектор-М», обработка данных температуры и влажности ведется стемпом регистрации телеметрических данных, скорость и направление ветра вычисляются аналогично СЦВМ А-15 /12/, в зонахобработки, толщина которых в слое от Земли до 6000 м включительно составляет 200 м, в слое свыше 6000 м до 14000 мвключительно составляет 400 м и свыше 14000 м составляет 800 м. Новые версии ПО «Телеграмма» для МАРЛ-А, начиная с2.0186, сохраняют обработанный массив данных в prof-файлах, предполагается, что и новые версии ПО «Телеграмма» для«Вектор-М» будут сохранять подробные результаты обработки с высоким вертикальным разрешением в prof-файлах. Тем неменее, и для более ранних версий ПО «Телеграмма» существует возможность детально проанализировать корректностьобработки, т.к. исходные данные, по которым она проводится, сохраняются в RAW-файлах14.

Представление результатов радиозондирования в виде данных на уровнях стандартных изобарических поверхностей иуровнях особых точек исторически также связано с использованием ручной обработки, существовавшими ранее ограничениямииспользуемых каналов связи, а также использованием ручного труда синоптиков при анализе аэрологической информации. Притрадиционной технологии оперативной передачи результатов радиозондирования с аэрологической сети в коде КН-04 FM35ТЕМП теряется значительная часть информации, получаемой при оперативном радиозондировании атмосферы. В настоящеевремя и стандартные изобарические поверхности, и уровни особых точек как форма представления результатоврадиозондирования начинают уходить в прошлое. Современные центры численного прогноза погоды усваивают данныеаэрологического радиозондирования на большем, чем 16 стандартных (30 и более уровней от уровня моря до 10 гПа), аточность восстановления профилей по данным на уровнях особых точек уже не удовлетворяет требованиям численныхпрогнозов. Кроме того, как показали исследования КПМН ВМО, расхождения между профилями, восстановленными изтелеграмм, полученных разными системами автоматизированной обработки из одних и тех же данных, заметно превышаютинструментальные погрешности современных систем радиозондирования /13/. Во многих национальных гидрометслужбахдетальные профили аэрологических величин в нестоящее время становятся основой национальных архивов результатов

14 К сожалению, в отличие от RAW-файлов, файлы RAWDATA АП «ЭОЛ» для такого анализа непригодны, т.к. содержат в т.ч. недостоверные данные, которые неотбраковываются при дальнейшей обработке.

Page 58: 4. Анализ результатов обработки - MIPTcao-ntcr.mipt.ru/monitor/rawdoc/rd_ch4.pdfАнализ результатов обработки 4-2 или неверной

Анализ координатно-телеметрических данных современных систем радиозондирования

Анализ результатов обработки 4-58

радиозондирования.

С ноября 2010 г. в масштабах ВМО начался массовый переход на использование кодовой формы FM-94 BUFR /8/ дляпередачи данных радиозондирования, которая обеспечивает возможность передачи результатов радиозондирования с высокимвертикальным разрешением (для региона VI ВМО рекомендованное временное разрешение составляет 2 с). Хотя прииспользовании BUFR сохраняется и возможность передавать данные на уровнях особых точек и стандартных изобарическихповерхностей, она оставлена лишь для обратной совместимости на переходной период (в дальнейшем данные на уровняхстандартных изобарических поверхностей могут восстанавливаться заинтересованными потребителями самостоятельно изданных высокого разрешения). При этом каждый уровень с данными должен быть привязан к полетному времени игеографическим координатам радиозонда. Соответственно, в прошлое отойдут и те многочисленные проблемы, которыесвязаны с кодированием результатов радиозондирования современных систем радиозондирования с использованиемтрадиционного кода КН-04 TEMП (FM-35): ограниченная точность представления данных и недостаточная формализованностькритериев выбора особых точек /7,15/.

Столь обширное отступление потребовалось, чтобы подчеркнуть, что ни аэрологическая телеграмма, ни даже такназываемая15 таблица «ТАЭ-3» не исчерпывают результаты обработки современных автоматизированных системрадиозондирования. Уже в недалеком будущем в связи с переходом к передаче результатов радиозондирования в высокомвертикальном разрешении с использованием кода BUFR требования к качеству результатов, а соответственно – программномуобеспечению обработки будут существенно повышаться, поскольку до настоящего времени при обработке в сравнительнотолстых слоях погрешности исходных данных скрадывались.

15 Так называемая, т.к. файлы АП «ЭОЛ» и ПО «Телеграмма» к таблицам ТАЭ-3, строго говоря, не имеют никакого отношения.