無線音響探知システム

電波音響測深システム（RASS）は、音波面からの電波の 後方散乱を利用して、地上のさまざまな高さでの音速を測定することで大気の減率を測定するシステムです。これが可能なのは、音波による空気の圧縮と希薄化によって誘電特性が変化し、送信されたレーダー信号が部分的に反射されるためです。^[1] 音速から、惑星境界層の空気の温度を計算できます。^[2] RASSシステムの 最大高度範囲は通常750メートル（2,460フィート）ですが、湿った空気では最大1.2キロメートル（3,900フィート）の観測が報告されています。^[3]

RASS の動作原理は次のとおりです。音響エネルギー (つまり音) がレーダーの垂直ビームに伝達され、音響信号の波長がレーダーの半波長と一致すると、ブラッグ散乱が発生します。音響信号の周波数が変化すると、ブラッグ一致が発生したときにレーダー信号の散乱が大幅に強化されます。

これが起こると、ブラッグ散乱によって生成されたレーダー信号のドップラーシフトと大気の垂直速度を判定できます。したがって、高度の関数としての音速を測定でき、そこから垂直方向の空気の動きを適切に補正して仮想温度(TV) プロファイルを計算できます。空気塊の仮想温度は、乾燥した空気の圧力と密度が湿った空気のサンプルの圧力と密度と等しい場合の乾燥空気の温度です。経験則として、大気の垂直速度が 1 m/s (3.3 ft/s) の場合、TV 観測値は 1.6 °C (2.9 °F) 変化します。

RASS は、レーダーウィンド プロファイラーまたはソーダーシステムに追加できます。前者の場合、音響信号を生成し、信号処理を実行するために必要な音響サブシステムをレーダー ウィンド プロファイラーに追加する必要があります。RASS をレーダー プロファイラーに追加すると、3 つまたは 4 つの垂直指向性音響源 (高品質のステレオ ラウド スピーカーに相当) がレーダー ウィンド プロファイラーのアンテナの周囲に配置され、音響パワー アンプと信号生成回路基板を含む電子サブシステムが追加されます。音響源は、レーダーの垂直ビームに音を伝達するためだけに使用され、通常は、近隣住民や機器付近の他の人に迷惑をかける可能性のある迷惑効果を最小限に抑えるために、ノイズ抑制エンクロージャに収められます。

RASS をソーダーに追加すると、レーダー信号の送受信とレーダー反射率情報の処理に必要なレーダー サブシステムが追加されます。風のデータはソーダーによって取得されるため、レーダーは垂直軸に沿ってサンプリングするだけで済みます。ソーダー トランスデューサーは、レーダー信号のブラッグ散乱を生成する音響信号を送信するために使用され、これによりレーダーで音速を測定できます。

RASSデータの垂直解像度は、レーダーが使用するパルス長によって決まります。RASSサンプリングは通常、60～100メートル（200～330フィート）のパルス長で行われます。境界層レーダー風プロファイラーが使用するRASS周波数の音響信号は大気によって減衰するため、サンプリングできる高度範囲は通常0.1～1.5キロメートル（330～4,920フィート）で、大気の状態によって異なります（例えば、風速が高いと音響信号がレーダービームから吹き飛ばされるため、RASS高度範囲は数百メートルに制限される傾向があります）。^[4]

 この記事には、米国政府の「規制モデリング アプリケーションのための気象監視ガイダンス(PDF)」のパブリック ドメイン資料が組み込まれています。