Atmosferde buz kristallerinin erimesinin radar sinyallerine etkisi

Abstract

ÖZET 0°C izoterm seviyesinin hemen altında, buz ve kar tanesi hidrometeorlarının yağmura dönüştüğü atmosfer bölgesinden geri saçılan radar sinyallerinde artış gözlenir. Bu artış sebebiyle parlak band olarak adlandırılan bu erime katmanı radar çıkarımlı yağış tahminlerinde hatalara neden olur. Bu çalışmada radar yansıtırlığında meydana gelen değişimleri açıklamak üzere erime katmanının iki farklı durum için sayısal modellemesi yapılmıştır. Erime ve saçılma modelinden oluşan sayısal parlak band modellerinde, erime katmanına giren parçacıklar küresel geometride, Rayleigh saçıcısı olarak kabul edilmiştir. Daha önce yapılan çalışmalardan farklı olarak erime katmanına giren kar taneleri farklı boyut ve yoğunlukta gruplardan oluşmakta, bu sebeple aralarında hız farkları meydana gelmektedir. Modelde, iki farklı durumda da, her bir parçacık grubunun erime katmanı boyunca yüksekliğe bağlı erimiş su kesri hesaplanmıştır. İlk durumda model, erime katmanına giren kar tanelerinin aynı kütleli yağmur damlacıklarına dönüştüğü (kütle korunumu) varsayımı altında yapılmıştır. Bu durum için erime modeli aynı olup saçılma modeli farklı altı durumda erimenin yansıtırlığa (reflectivity) ve sönümlenmeye etkisi incelenmiştir. Model sonuçları üç farklı dalgaboyu ve iki farklı yağış şiddeti için gözlem verileri ile karşılaştırılmıştır. İkinci durumda, aralarındaki hız farkı maksimum olanlar arasında çarpışmalar sonucu birleşmeler olduğu kabul edilmiş, ve bu birleşmelerin seçilen bir saçılma modeli için yansıtırlığa etkisi incelenmiştir. Model sonuçları, dağılım fonksiyonları farklı yağış şiddeti aynı iki parçacık grubu için birbirleriyle ve gözlem verisi ile karşılaştırılmıştır. Kütle korunumu ve birleşmelerin varsayıldığı iki durum için yapılan erime katmanı modellerinde, parçacıkların, sıcaklığı doyum adyabatik sıcaklık değişim oranı (lapse rate) ile değişen atmosferde eridikleri kabul edilmiştir. Bu çalışmanın son aşamasında yukarıda bahsedilen iki durum için yapılan erime katmanı modelleri, izotermal katman içerecek şekilde değiştirilmiştir. Bu durumda parçacıkların, uçakla alınan ölçümlerde elde edilen dikey sıcaklık profiline uygun ortamda eridikleri kabul edilmiştir. Model sonucu izotermal katman içeren erime katmanına ait dikey yansıtırlık verisi ile karşılaştırılmıştır. Anahtar kelimeler: Erime katmanı, İzotermal katman, Parlak band, Radar Yansıtırlığı, Birleşme, Parçalanma

VI SUMMARY The melting layer is a region of the atmosphere just below the 0°C isotherm level, where ice and snowflakes hydrometeors turn into water drops. When the transition (from the solid to the liquid phase) takes place at a well- defined height it appears as a layer of enhanced reflectivity that is called bright band. To explain the enhancement in the reflectivity, new numerical models of the melting layer which use three different approximations have been developed. The numerical bright band models are made of melting and scattering models. The models make several assumptions. The shapes of all the particles shapes on the top of the melting layer and through the melting layer are spherical and Rayleigh scatterers. The snowflakes falling below the 0°C isotherm level have different dimensions and mass densities. This accounts the reason why the fall velocities of the melting snowflakes are different from each other. In the first approximation, it is assumed that a dry snow particle on the top of the melting layer finally melts, becoming a raindrop and the mass of the dry snow particles does not vary during the melting. The model has been run for six different scattering models and radar reflectivity factors and attenuations have been calculated. The model profiles are compared to observational vertical radar reflectivity profiles. In the second approximation, it is assumed that aggregation caused by the different fall velocity occurred between maximum and minimum particle groups. The model results for two different rain rates are compared to observation data. At the first and second approximations, the temperature variation of the air was determined by moist adiabatic lapse rate. At the last step of this work, the melting layer models developed first and second approximations have been modified in which a melting layer contains an isothermal layer. In that situation, for the temperature variation of the environment the particles melt used aircraft data. The model result is compared to melting layer data which contains an isothermal layer. Keywords: Melting layer, Bright band, Radar reflectivity, Isothermal layer, Aggregation and Break-up