B

1
Bölüm 5DUAL POLARIZASYON

• Dr. Kurtulus ÖZTÜRK

2
Basliklar

• Dual Polarizasyon
• Polarimetrik Degiskenler
• Hidrometeor Siniflandirmasi

3
Dual Polarize (Polarimetrik) Hava Radarlari

• Dual polarize radarlar hem yatay hem dikey
  polarize olmus darbe üretebilirler. Bu da hedef
  hakkinda daha detayli bilgi alinmasini saglar.
• Polarimetrik radar degiskenlerinin sagladigi
  yatay ve dikey bilgiler sayesinde (ebat, yogunluk
  vb.), yagis tipinin tekil polarize radarlara
  oranla daha tutarli olarak belirlenmesi mümkün
  olmaktadir.

4
(No Transcript)
5

• AVANTAJLAR
• Siddetli yagmurda, yagis siddetini ZHdan daha
  iyi tespit eder.
• Yagmur/dolu karisimindaki sivi su miktarinin
  belirlenmesinde etkilidir.
• Melting layer indikatörüdür.
• Dolu tespitinde çok faydalidir.
• Kalibrasyon problemleri ve atenüasyondan
  etkilenmez.
• Radar veri kalitesini için faydali bilgiler
  saglar.

6
(No Transcript)
7
Polarimetrik Parametreler

• ZHH ZVV (Reflektivite)
• ZDR (Diferansiyel Reflektivite)
• LDR (Lineer Depolarizasyon Orani)
• ?DP (Diferansiyel Faz)
• KDP (Spesifik Diferansiyel Faz)
• ?HV (Korelasyon Sabiti)

8
Yatay Reflektivite, ZHH

• ZHH hidrometeorun kesit alanina baglidir.
• Dielektrik katsayisi nedeniyle buzun yatay
  reflektivitesi ZHH sividan daha azdir.
• ZHH özellikle C-band radarlarda daha fazla
  zayiflamaya (atenüasyon) maruz kalir.

9
Diferansiyel Reflektivite, ZDR

• Diferansiyel Reflektivite yatay darbenin yatay
  ekosunun, dikey darbenin dikey ekosuna oranidir.
• ZDR 10log10(ZHH/ZVV)
• ZHH(dBZ) ZVV(dBZ)
• ZDR polarimetrik parametreler arasinda
  hidrometeorun tipine en bagimli olan
  parametredir.

10

• Yatay ve dikey reflektivitelerin birbirine yakin
  olmasi hedefin seklinin küresel olmasi anlamina
  gelir. Bu durumda ZDR degeri sifira yakin olur.
• ZDR degerinin sifira yakin olmasi dolu veya küçük
  yagmur damlalarinin varligini ifade eder.
• Eger ZHH/ZVV orani 1den büyükse ZDR 0dan büyük
  demektir. ZDR degeri ne kadar büyükse tanecigin o
  kadar yassi oldugu anlasilir. Yassi tanecikler
  yani 0dan büyük ZDR degerleri, büyük tanecikli
  saganak bir yagmuru isaret eder.

11

• Buz parçaciklarinin dielektrik sabiti daha küçük
  oldugundan, yassi olsalar dahi diferansiyel
  reflektiviteleri düsük olacaktir. Parçaciklarin
  islak olma durumunda da ZDR artar.
• C-bant radarlarda yassi yagmur damlalari için
  yataydaki atenüasyon düseydekine oranla daha
  fazladir. Bu yüzden de diferansiyel atenüasyon
  negatif egilimli olacaktir.

12
(No Transcript)
13
Diferansiyel Reflektivite, ZDR
14
Diferansiyel Reflektivite, ZDR
Diferansiyel Feflektivite (ZDR)
Reflektivite (ZH)
Dolu !!
Yakin reflektivite, farkli damla büyüklük
dagilimi!
15
Diferansiyel Faz, ?DP

• ?DP (ve KDP) hariç diger polarimetrik degiskenler
  güç ölçümlerinden hesaplanirken, ?DP faz
  ölçümlerinden hesaplanir.
• ?DP?HH ?VV

16

• Radar dalgalari atenüasyon ve faz degisimi gibi
  yayilim etkilerine maruz kalirlar. Yagmur veya
  buz kristalleri gibi izotropik olmayan ortamlarda
  yayilim sabitleri yatay ve dikey polarize olmus
  dalgalar için farklilik gösterir.
• Genel olarak, yatay polarize dalgalar daha büyük
  parçacik kesit alani görür ve bu yüzden de dikey
  polarize dalgalardan daha yavas yayilir.
• Geri dönen sinyal, hidrometeorun büyüklügü,
  sayisi, sekli, dogrultusu, radardan olan mesafesi
  ve polarizasyon durumuna göre farkli faz
  degisimlerine sahiptir.

17
Spesifik Diferansiyel Faz, KDP

• Spesifik Diferansiyel Faz ØDPnin uzakliga bagli
  degisim oranidir.
• KDP izotropik ve izotropik olmayan
  hidrometeorlari birbirinden ayirt etmeye yarar.
• ØDP ile kiyaslandiginda, KDP kullanmasi ve
  ölçmesi daha kolay bir büyüklüktür.

18

• KDP hidrometeorun basikligi arttikça artar.
• KDP hidrometeorun dielektrik sabiti arttikça
  artar.
• Yagmur gibi yatay ebati dikey ebatindan büyük
  olan parçaciklarda yatay polarize dalganin faz
  farki daha büyüktür. Bu yüzden de dikey polarize
  dalgadan daha yavas yayilir.
• Sonuç olarak, büyük ve yassi parçaciklarin yatay
  faz farki dikey faz farkindan büyüktür.

19

• KDP damla büyüklügünü hakkinda bilgi verir.
• KDP , yagis miktari Rye reflektivite Zden daha
  lineer baglidir.
• S-bant radarlardaki diferansiyel faz farki C-bant
  radarlara göre daha azdir. Bu yüzden S-bant
  radarlarda KDPnin ölçümü oldukça zordur.

20

• Büyük yagmur tanecikleri için KDP büyüktür.
• Küresel ya da küreye yakin hidrometeorlar için
  (dolu gibi) KDP küçüktür.
• Bu özelligi sayesinde yagmur ve dolunun ayirt
  edilmesinde oldukça faydalidir.

21

• Avantajlar
• Radarin ölçtügü güçten ve güç kalibrasyonundan
  bagimsizdir.
• Sinyalin zayiflama miktarindan bagimsizdir.
• Parçacik boyutlarinin farkliligina daha az
  hassastir.
• Sivi su içerigi için iyi bir göstergedir.
• Kismi isin engeIlenmesinden etkilenmez.
• Dezavantajlar
• Hidrometeor konsantrasyonundan etkilenir.
• Algilanabilecek miktarda bir faz kaymasi
  olmadikça ölçülemez.

22
CSU-ICE Algoritmasi
23
Spesifik Diferansiyel Faz, KDP
Rain, not Hail!
Yagmur ya da islak dolu
KDP
ZHH
24
Korelasyon Sabiti, ?HV

• ?HV(0) yatay darbenin yatay yansimasi ile dikey
  darbenin dikey yansimasi arasindaki
  korelasyondur.

S sinyal gücü, S Sin kompleks eslenigidir
25

• ?HV erime seviyesinin iyi bir indikatörüdür.
• ?HVnin karisik bir yagista karisik olmayan
  homojen bir yagisa oranla daha düsük olmasi
  beklenir.
• Yatay ve dikey geri yansimalar mükemmel bir
  sekilde birbirine uyamayacagindan ve elde edilme
  zamanlari farkli olabileceginden korelasyon
  sabiti dogal olarak 1den düsük olacaktir.

26

• Korelasyon katsayisi
• Parçaciklarin yönelimleri ve sekilleri
  farklilastikça,
• Parçaciklar düzensiz sekillerde ve islak ise,
• Farkli tipte parçaciklar karisik halde
  bulunuyorsa
• düser.
• Radar kalibrasyonundan etkilenmez.
• Yayilma etkilerinden etkilenmez.
• Hidrometeor (parçacik) konsantrasyonundan
  bagimsizdir.

27

• Yagmur damlaciklari için korelasyon katsayisi en
  az 0.98 gibi degerler alir, özellikle küreye
  yakin sekilli yagmur damlalari için yüksektir.
• Çok büyük dolu ve Parlak Bant durumunda farkli
  sekillerde hidrometeorlarin karisik halde
  bulunmasi korelasyon katsayisini 0.9 civarina
  düsürür.
• Clutter ve anormal yayilim sonucu elde edilen
  ekolar düsük korelasyon degerine sahiptirler. Bu
  tip durumlarda yatay ve dikey polarizasyonlu
  yansimalar birbirine göre neredeyse rastgele bir
  dagilim gösterirler.

28
Korelasyon Sabiti, ?HV
SNOW 0.85-1.00
CLUTTER 0.5-0.85
CHAFF 0.2-0.5
29
Lineer Depolarizasyon Orani, LDR

• LDR yatay darbenin dikey ekosunun, yatay darbenin
  yatay ekosuna ( ya da tam tersi) oranidir.
  Alicinin ortogonal ve paralel polarizasyonlarda
  ölçtügü güçlerin oranidir.
• LDRVH10log10(ZVH/ZHH)
• ya da
• LDRHV10log10(ZHV/ZVV)

30

• LDR küresel olmayan parçaciklarin düsüs açisina
  göre degisir ve 45? için maksimum deger alir. Bu
  yüzden LDR kar için çok büyük, su için ise
  oldukça küçüktür.
• Yagmur damlalari için pek faydali bir parametre
  degildir. Konvektif firtinalarda hidrometeorun
  fazini tespit etmekte kullanilir.

31

• LDR, özellikle karisik yagis içinde hidrometeor
  tipi ayirimi için çok faydalidir.
• LDR, parlak bant (bright band) tabakasindaki
  eriyen kari tespit emek ve yagmur-buz ayirimi
  yapmak için kullanilir.
• LDR sinyallerinde yer clutterlari oldukça anormal
  gözükürler.

32

• LDR düzensiz sekildeki hidrometeorlar için
  yüksektir. Ayrica dielektrik sabiti büyüdükçe LDR
  de artar.
• Islak dolu için LDR oldukça iyi bir indikatördür.
  LDR, ZDR ile birlikte degerlendirildiginde
  dolunun ebatlari hakkinda bilgi de verir.

33
Hidrometeor Siniflandirmasi

• Polarimetrik veriler sayesinde hidrometeorlar
  siniflandirilabilir.
• Karar agaci (decision tree), klasik istatistik
  teori, bulanik mantik (fuzzy logic), sinir aglari
  teknikleri (neural network) vb. teknikler,
  otomatik hidrometeor siniflandirilmasinda
  kullanilan tekniklerdir. Bunlarin arasinda
  bulanik mantik teknigi en uygun yöntemdir.

34
Species ZHH (dBZ) ZDR (dB) ?HV KDP (deg/km) Temp. (C )
Drizzle 10 to 25 0.2 to 0.7 gt0.97 0 to 0.06 gt-10
Rain 25 to 60 0.5 to 4 gt0.95 0 to 20 gt-10
Snow (dry, low density) -10 to 35 -0.5 to 0.5 gt0.95 -1 to 1 lt 0
Snow (dry, high density) -10 to 35 0.0 to 1 gt0.95 0.0 to 0.4 lt 0
Snow (wet, melting) 20 to 45 0.5 to 3 0.5 to 0.9 0 to 1 0 to 5
Graupel (dry) 20 to 35 -0.5 to 1 gt0.95 0 to 1 lt 0
Graupel (wet) 30 to 50 -0.5 to 2 gt0.95 0 to 3 -15 to 5
Hail, small wet lt 2 cm 50 to 60 -0.5 to 0.5 gt 0.92 -1 to 1 -15 to 5
Hail, large wetgt 2 cm 55 to 65 -1 to 0.5 0.90 to 0.92 -1 to 2 -25 to 5
Rain hail 45 to 80 -1 to 6 gt0.9 0 to 20 -10 to 10
35
Hidrometeor Siniflandirmasi
36
(No Transcript)
37

• Hidrometeorlar, yagmur, dolu, graupel, kar vb.
  gibi meteorolojik, böcek, kus, chaff, deniz
  clutter gibi meteorolojik olmayan saçici
  siniflarina ayrilabilir.
• Bulanik mantik algoritmalari belirsizlik hesabi
  yapar. Polarimetik parametreler kullanilarak 0 -1
  arasi ihtimaller bulanik bölge içinde olarak
  tanimlanir.

38

• Örnegin, yagmur ve doluyu nasil ayirt ederiz?
• ZDR tek basina bu ayirim için yeterli degildir.
  Sifira yakin ZDR degeri dolu ya da çisentiye ait
  olabilir. Çünkü her iki yagis tipi de yaklasik
  küreseldir. Diferansiyel reflektivite ZDR ile
  Reflektivite faktörü Z birlikte
  degerlendirildiginde, dolunun çisentiye göre daha
  fazla reflektivite verdigi görülür.

39

• Z 53 dBZ ve ZDR 1.5 dB
• Radar dünyasindaki çalismalar bu kombinasyonun
  siddetli yagmur, küçük dolu ya da her ikisinin
  karisimindan elde edilebilecegini göstermistir.
  Bu durum için bulanik mantik algoritmalari Z -
  ZDR kombinasyonuna düsük agirlik vererek bunun
  yerine daha yararli olabilecek, örnegin Z - KDP
  kombinasyonuna agirlik verir.

40
JPOLE (NSSL) Algoritmasi
(Chandrasekar et al. 1993 Petersen et al. 1999
Cifelli et al. 2002, 2003, 2005 Ryzhkov et
al. 2005a,bGiangrande and Ryzhkov 2008).
41
ZDR ZHH
42
KDP ZHH
43
LDR ZHH
44
?HV ZHH
45
LDR ZDR
46

• Polarimetik parametrelerin tüm olasi
  kombinasyonlari algoritma tarafindan test
  edilerek agirlik fonksiyonu elde edilir. En
  güvenilir kombinasyona en fazla agirlik, en az
  güvenilir olanina da en az agirlik verilir.

47
(No Transcript)
48
(No Transcript)
49
(No Transcript)
50
(No Transcript)