Ravinsonde Rasatları
Tarihçe
1920 lerin başlarında Fransız bilim adamları BUREU ve İDRAC ile
onlardan ayrı çalışan Rus bilim adamı MOLTCHANOV atmosferin çeşitli
seviyelerindeki hava koşulları hakkındaki bilgileri, radyo dalgaları
aracılığıyla toplamak ve yayınlamak için bir cihaz üzerinde çalışmaya
başladılar. 1930 yılında Rus MOLTCHANOV bu günkü radiosonde cihazının
atası denilebilecek ilk radiosonde cihazını geliştirmeyi başardı.
Tanıtım
Ravinsonde rasatları, radiosonde cihazı denilen ve balonla birlikte
serbest atmosfere gönderilen rasat aletleri yardımıyla yapılır.
Radiosonde cihazı, balonun yardımıyla serbest atmosferde yukarı çıkarken
meteorolojik bilgileri eş zamanlı olarak ölçen ve istasyona gönderen
alettir. Radiosonde cihazı, basınç, sıcaklık, nem değerlerini ölçen
sensörlerden meydana gelmektedir. Bu sensörler yardımıyla elde edilen
bilgiler, önceden belirlenmiş olan bir sıralama dahilinde ve belirlenmiş
kısa zaman aralığında alıcı yer istasyonuna gönderilir. Rüzgar
bilgileri ise radiosonde cihazının serbest atmosferdeki konumuna bağlı
olarak elde edilen açı değerlerinden elde edilir. Ravinsonde rasatları,
basıncın, sıcaklığın, nemin, rüzgar yön ve şiddetinin, yerden uçuşun son
bulduğu yüksekliğe kadar yüksekliğin bir fonksiyonu olarak elde
edildiği gözlemlerdir. Ravinsonde sistemi, bir balonu taşıdığı
radiosonde cihazı, cihazdan gelen sinyalleri alan ve cihazı izleyen yer
ekipmanı ve bilgileri işlemek için bilgisayar ünitesinden ibarettir.
"Ravinsonde" kelimesi tam olarak, atmosferde yükseklikle, basınç,
sıcaklık, nem ve rüzgar bilgilerinin elde edilmesini ifade eder.
"Radiosonde" kelimesi ise atmosferde yükseklikle, basınç, sıcaklık ve
nem bilgilerini ifade eder. Dikkat edileceği üzere bu iki kelimenin tek
farkı rüzgar bilgileridir. Şu halde eğer bir istasyonda atmosferde
yükseklikle, sıcaklık, basınç, nem ve rüzgar değerleri elde ediliyorsa
bu rasatlara "Ravinsonde Rasatları" demek daha doğru olacaktır.
Türk Ravinsonde İstasyon Şebekesi
Ülkemizde 7 adet ravinsonde istasyonu bulunmaktadır. Bunlar, SAMSUN
(41.20 N, 36.15E), İSTANBUL (40.58 N, 29.05 E), ANKARA (39.57 N, 32.53
E), İZMİR (38.26 N, 27.10 E), ISPARTA (37.45 N, 30.33 E), DİYARBAKIR
(37.55 N, 40.12 E), ADANA (37.03 N, 35.21 E) dir. Bu istasyonlar,
yukarıda açıklandığı üzere, Türkiye’ yi etkileyen hava kütleleri ve
ulusal ihtiyaçlar göze alınarak tesis edilmiştir. WMO geniş kara
bölgeleri üzerinde ravinsonde istasyonlarının 250 km, sık nüfuslu
olmayan yerlerde ve okyanuslarda ise 1000 km olarak tavsiye eder. Bu
kriterler dikkate alındığında Türk ravinsonde istasyonları bu kriterlere
uymaktadır. Aradaki mesafe ortalama olarak 500 km civarındadır. WMO
günde bu istasyonların 4 defa rasat yapmasını tavsiye eder. Fakat
istasyonlarımız bütün dünya genelinde uygulandığı gibi, 00 UTC ve 12 UTC
olmak üzere günde iki defa rasat yapmaktadır.
Türk Ravinsonde İstasyonları ve WMO Numaraları
Sistem ve Ekipman
Uçuş Sistemleri (Uçuş Takımı)
Uçuş sistemleri veya uçuş takımı, bir balon, uçuşa yardımcı birimler
ve radiosonde cihazından ibarettir. Balon, radiosondeyi serbest
atmosferde istenilen bir yükselme oranında, istenilen yüksekliğe
çıkarmak için kullanılır. Radiosonde cihazını balona bağlayan sistem,
paraşüt, ışıklandırma birimi, bazı radiosonde cihazlarıyla birlikte
kullanılan reflökterler uçuşa yardımcı birimler olarak
adlandırılmaktadır. Radiosonde ise, istenilen meteorolojik değişkenleri
ölçebilecek birimlerden (sensörler) ve elde edilen bu bilgileri
istasyona gönderecek vericilerden ibarettir.
Balonlar
Meteorolojik amaçlı balonlar, doğal kauçuk hammaddesinden (lateks)
veya sentetik kauçuktan (neopren) yapılmıştır. Lateks balonlar, neopren
balonlara göre, şiştikleri zaman daha küresel bir görünüm arzederler ve
aşağı atmosferde daha süratli ve muntazam bir yükselme oranına
sahiptirler. Neopren balonlar şişirildiklerinde dikey gerilmeye
müsaittir ve serbest atmosferde yükselirken balonun tepesi yassılaşır.
Bu yüzden balon yavaşlar ve hantallaşır. Lateks balonlara oranla daha az
muntazam yükselme oranına sahip olurlar. Neopren balonları rüzgarlı
havalarda fırlatmak oldukça zordur. Ayrıca kötü hava koşulları için özel
üretilmiş balonlar vardır.
Balonlar gerek pilot balon rasatları gerekse ravinsonde rasatları
için farklı hacim ve ağırlıklarda yapılmıştır. Genel olarak, pilot balon
rasatlarında, 30 ve 100 gramlık balonlar kullanılır. Ravinsonde
rasatları için de radiosonde cihazının ağırlığına göre, 600 ila 1500
gram arasında balonlar kullanılmaktadır. Bu balonlar çeşitli boyutlarda
olabilir. Pilot balon rasatlarında, balonun 15-20 km ye kadar çıkması
esastır. Ravinsonde rasatlarında ise balonlar kullanılacak radiosonde
cihazına göre tayin edilmelidir ve 30-35 km lik bir yükseklik bu
rasatlar için esastır. Balonun ağırlığı arttıkça, (belirli bir ağırlığa
kadar) çıkabileceği yükseklik de artar.
Balon Şişirme Gazları
Balonların şişirilmesinde havadan hafif gazlar kullanılmaktadır. Bu
gazlar, Hidrojen, Helyum ve doğal gazdır. Devlet Meteoroloji İşleri
Genel Müdürlüğü’nde ravinsonde rasatlarında hidrojen gazı
kullanılmaktadır. Pilot balon rasatlarında ise duruma bağlı olarak bazen
helyum gazı kullanılabilmektedir.
Genellikle ravinsonde yer istasyonlarında pratikliği ve bir parça
ucuzluğu sebebiyle hidrojen gazı kullanılmaktadır. Fakat hidrojen yüksek
parlayıcılık oranına sahip bir gazdır. Bu tarafı da hidrojenin
dezavantajını oluşturmaktadır. Hidrojen gazı, bir üretici tarafından
imal edilip tüpler vasıtasıyla kullanılmaktadır ya da hidrojen
jeneratörü tarafından üretilip kullanılmaktadır. Ülkemizde hidrojen
jeneratörler yardımıyla üretilmektedir.
Helyum hidrojenden daha hareketsiz yani durağan bir gazdır. Aynı
zamanda hidrojenden daha güvenli bir gazdır. Helyumun daha güvenli olası
nedeniyle dünyada güvenlik açısından hassas bölgelerde, gemilerde ve
mobil operasyonlarda helyum kullanılmaktadır. Helyum genellikle tüplerde
kullanılır. Bazen sıvı helyum da operasyon özelliğine yer avantajı
sağlamak amacıyla kullanılabilir.
Doğal gaz dünyada özellikle kutup bölgelerinde kullanılır. Çünkü
kutuplarda hazır elde edilebilirlik avantajı vardır ve uzak bölgelerde
bu yüzden hidrojen ve helyuma göre daha ucuzdur. Doğal gaz hidrojenden
daha fazla yanıcılığı, parlayıcılığı ve birim hacim başına düşen
kaldırma kuvvetinin diğer iki gazdan daha az olması nedeniyle kutuplar
dışında daha az kullanılmaktadır.
Uçuşa Yardımcı Birimler
Uçuşun gerçekleştirilebilmesi ve rasat açısından uçuşun güvenli hale
getirilebilmesi için uçuşa yardımcı birimler tasarlanmıştır. Bunlar
paraşüt, ışıklandırma birimidir.
Paraşütler
Balon patladıktan sonra serbest düşmeye geçtiği zaman, 
yerde, özellikle yerleşim yerlerinde hasara sebep olabilir.
İstasyonlarımız şehir merkezine yakın bölgelerde bulunduğu için can ve
mal emniyeti bakımından mutlaka paraşüt kullanılmalıdır. Kullanılacak
paraşütler gök yüzü fonlarından ayırt edilebilecek parlak renklerde
olmalıdır.
Işıklandırma Birimleri
Antenin, uçuş başlangıcında, manuel olarak radiosondeye kilitlenmesi
gereken sistemlerde, gece yapılan fırlatmalarda, ışıklandırma birimi
kullanılmaktadır. Salıvermenin 5. dakikasına kadar, ışıklandırma birimi
gece şartlarında operatöre büyük kolaylık sağlamaktadır.
Radiosonde Cihazları
Radiosonde cihazı, radyo dalgaları aracılığıyla, herhangi bir yer
alıcı istasyonuna basınç(P), sıcaklık(T) ve nem(U) değerlerini otomatik
olarak gönderen ve balon yardımıyla taşınan, enerji kaynağı olarak ta
pili kullanan meteorolojik ölçüm cihazıdır.
Radiosondeler dünyada pek çok ülke, firma ve acentalar tarafından
üretilmektedir. Fakat tıpkı otomobil üretiminde olduğu gibi
radiosondelerde de belirli bir standart vardır ve hepsinin çalışma
prensibi aynıdır. Radiosonde cihazlarının temel parçaları, meteorolojik
sensörler, elektronik bilgi kodlayıcıları ve telemetrik (radyo
dalgalarını kullanan) transmitter (gönderici) dir. Ölçülen basınç,
sıcaklık ve nem bilgileri kullanılarak, jeopotansiyel yükseklik ve işba
sıcaklığı değerleri elde edilir. Bazı radiosondelerde bu parçalara ek
olarak, rüzgar elde etme metotlarında, VLF, LORAN-C Sistemi ve GPS
Sistemi (Küresel Konumlama Sistemi) gibi sistemleri desteklemek amacıyla
NAVAID sensör ve translatör (çevirici) kullanılmaktadır.
Meteorolojik Sensörler
Radiosonde cihazlarında kullanılan meteorolojik sensörler, 
atmosferde, yüksekliğin bir fonksiyonu olarak, basınç, sıcaklık ve
nispi nem değerlerini ölçerler. Sensörler fabrikalarda kalibre
edilmişlerdir. Kalibrasyon değerleri uçuş öncesi hazırlıkları yapılırken
tamamen kontrol edilmelidir. Böylece, salıverme öncesinde, tüm
radiosonde parçalarının uygun şekilde çalıştığı test ve kontrol edilmiş
olur.
Basınç sensörü, uçuşun başlangıcından itibaren balonun patlamasına
kadar geçen sürede, yüksekliğin bir fonksiyonu olarak basınç değerlerini
uçuş şartlarında ölçer. Bu sensör, genellikle içi boşaltılmış bir
anaroid barometredir. Sensör basınçtaki değişmelerde esneyen bir parça
içerir. Parçadaki esneme, basınçta meydana gelen değişiklikle
orantılıdır. Esnemedeki bu değişiklik kapasidans olarak ya da bir
elektronik düzeneği dengeleyecek denge voltajı olarak rapor edilir.
Buradan şu anlam çıkmaktadır; basınçtaki değişim bir barometre
tarafından, barometrenin basınca duyarlı parçası tarafından algılanır ve
bir takım elektronik birimler tarafından elektrik akımına çevrilir.
Böylece basınç bilgilerine ait elektronik işaretler (sinyaller) elde
edilmiş olur. Basınç sensörleri genellikle +50 ve -90 °C arasındaki
sıcaklık değerlerindeki basınç değerlerini ölçmek amacıyla dizayn
edilmişlerdir.
Sıcaklık sensörü, uçuşun başlangıcından itibaren balonun patlamasına
kadar geçen sürede, yüksekliğin bir fonksiyonu olarak sıcaklık
değerlerini uçuş şartlarında ölçer. Bu sensör, resistans ve
kapasitanstaki meydana gelen sıcaklık değişimlerini elektronik işarete
çevirir. Sıcaklık sensörleri kısa ve uzun boylu radyasyonlardan
etkilenebilir.
Nem sensörü, uçuşun başlangıcından itibaren balonun patlamasına kadar
geçen sürede, yüksekliğin bir fonksiyonu olarak nem değerlerini uçuş
şartlarında ölçer. Günümüz radiosondelerinde, nem sensörü olarak karbon
elemente ve ince zar kapasitansına sahip elektriksel sensörler
kullanılmaktadır.
Navaid Sinyalleri İle Rüzgar Elde Etme Metodu
Dünyada bazı radiosonde cihazları,
daha önce bahsedildiği gibi, NAVAID sensörleri ile yerde kurulu veya
uydudaki sabit verici merkezleri yardımıyla rüzgar bilgilerini elde
etmektedir. Yeryüzünde kurulmuş bulunan sabit istasyonlardan LORAN veya
VLF sinyalleri ile radiosonde cihazlarında bulunan NAVAID sensörüyle
bilgi alışverişi yapılarak rüzgar değerleri elde edilmektedir. Uzayda
bulunan uydulardan yararlanılarak GPS Sistemi (Küresel Konumlama
Sistemi) aracılığıyla yine radiosonde cihazında bulunan NAVAID sensörü
ile birlikte rüzgar değerleri elde edilmektedir. Gerek LORAN ve VLF
sabit istasyonları gerekse GPS uydularının kullanılma sebebi balonun
serbest atmosferdeki pozisyonunun tespit edilmesi içindir. Uydu-VLF,
LORAN istasyonları ve ravinsonde istasyonu arasında, cihazdan gelen
sinyaller doğrultusunda açı değerleri elde edilmektedir. Aşağıda GPS,
LORAN ve VLF sistemlerinden bahsedilmiştir.
GPS (Küresel Konumlama) Sistemi
GPS Sistemi 24 adet uydu takımından oluşmaktadır. Bu uydu takımının
her birisi 1575.41 (L1) ve 1227.60 (L2) MHZ lik frekanslara sahip olmak
üzere sinyalleri nakletmektedir. L1 Bandı, sivil konumlandırma amacıyla
ayrılmıştır. 2 MHZ lik taşıyıcı frekans genliğine sahiptir. GPS Sistemi
yardımıyla 0.5 m/sn doğruluğunda rüzgar değerleri elde edilmektedir.
Ülkemizde halihazırda GPS sistemi kullanılarak rasatlar yapılmaktadır.
LORAN-C Sistemi
LORAN-C istasyonları, sinyalleri 100 KHZ lik taşıyıcı frekans
üzerinden nakleder. Radiosonde cihazı üzerinde bulunan sensör yardımıyla
LORAN sabit istasyonlarından bilgi alışverişi olmaktadır ve bu işleme
de LORAN çevrimi adı verilir. LORAN-C sistemi küresel bazda değildir ve
bölgesel olarak sınırlandırılmıştır. Ayrıca, nakletme güçlüğü, uzay
dalgaları kirliliği ve geometrik nedenler bir dezavantajdır. LORAN-C
Sistemi yardımıyla 0.5 m/sn doğruluğunda rüzgar değerleri elde
edilmektedir.
VLF Sistemi
Dünyada çok yaygın olmayan bu sistem aracılığıyla 3 m/sn doğruluğunda rüzgar değerleri elde edilmektedir.
Radiosonde Cihazında Bilgilerin Elektronik Olarak Şifrelenmesi
Radiosonde cihazında çeşitli sensörler yardımıyla elde edilen basınç,
sıcaklık ve nem bilgileri, radiosonde cihazı tarafından elektronik
olarak şifrelenerek gönderilmektedir. Bu olaya bilgi şifreleme
elektroniği adı verilir. Bilgi şifreleme elektroniği, çeşitli sensörleri
örnek olarak dener, sensör sinyallerini elektronik işarete çevirir
(şifreler) ve işaretleri radiosonde cihazının taşıyıcı frekansı
üzerinden alıcıya gönderir. Her ölçüm için örnekleme oranı, gönderilecek
bilgiden çıkarılabilen ve atmosferik şartları temsil eden bir oran
olmalıdır. Genel olarak radiosondelerin örnekleme oranları 1 den 6 ya
kadar ikincil sıradadır. Elde edilen bilgiler, digital veya analog
formlarda, radiosondenin taşıyıcı frekansı üzerinden AM (genliksel
modül) veya FM (frekans modülasyonu) üzerinden gönderilebilir. Digital
(sayısal) radiosondede sensör sinyalleri digitize (sayısallaştırma)
edilir. NAVAID sensör içeren radiosondelerde ise, elektronik
radiosondenin taşıyıcı frekansı ile NAVAID sinyalleri birleştirilir.
Yeraltı Sistemleri
Ravinsonde rasatlarında, dünyada kullanılan farklı yer sistemleri
bulunmaktadır. Bu yüzden istasyonlarımızda bulunan yer sistemlerinin
ayrıntılarına girilmeyecektir. Çünkü bu sistemler gelişen ve değişen
teknolojiye göre hızla yenilenmekte ve gereksiz ayrıntılar yok
edilmektedir. Yer sistemleri tipik olarak izleme, bilgi alma, sinyal ve
bilgi işleme fonksiyonlarını yerine getirmektedir.
Antenler
Yer sistemlerinin antenleri, radiosonde cihazlarının sinyallerini
arar, onun yardımıyla sinyal amplifikasyonu sağlarlar ve antenler yönsel
ise radiosondelerin izlenmesine olanak sağlar. Eğer yön bulma rüzgar
arama için faydalı ise, anten fonksiyonu sinyal şiddetinden çok daha
önemlidir.
RDF Rüzgar Anteni (Radioteodolit)
Bir Radyo Sinyal Arama (RDF) anteni, 
1680 MHZ lik Meteorolojik Yardımlar Bandında bilgi nakleden bir
radiosonde vericisini izlemek amacıyla tasarlanmıştır. Anten pozisyonu
bilgisi, (yani, azimut ve elivasyon açıları) uçuş sırasında radiosonde
pozisyonundaki değişmeleri belirlemek için, radiosondenin yükseklik
hesaplamalarıyla birlikte elde edilmiştir. RDF antenleri bu açı
değerlerini saptar. Pozisyondaki bu değişmeler uçuş sırasındaki
karşılaşılan rüzgarın temsili olarak alınırlar. RDF anteni radioteodolit
olarak ta adlandırılır. Bir parabolik çanak anten, 0.05 dereceye kadar
azimut ve elivasyon açılarını tespit edebilir. Daha yeni jenerasyon RDF
antenleri aynı doğrulukta açıları elde edebilir ve daha az hareketli
parçaya sahiptir. Elverişli anten yükselme (elevation) açılarıyla RDF
sistemleri 1 m/sn ye doğrulukta rüzgar unsuru sağlar.
Diğer Antenler
RDF olamayan rüzgar bulma antenleri, radiosondenin telemetrik
sinyalini yalnızca sezmeye ve genişletmeye ihtiyaç duyarlar. Şimdiki
NAVAID işlem üniteleri, LORAN-C, VLF ve GPS sistemleri için
kullanılmaktadırlar.
Veri İşleme Sistemleri
Radiosonde cihazı aracılığıyla elde edilen sinyaller, elektronik
ortamda bilgisayara veri yani meteorolojik bilgiye dönüştürülür. Veri
işleme üniteleri bilgisayarlar, uygun rasat programları ve yardımcı
donanımlardan oluşmaktadır. Bu sistemlerin, rasatları inceleme, yayın
yapma ve gözlem sonuçlarının kopyasını yapabilme gibi özelliklere sahip
olması gerekmektedir. Gözlemler sonucunda oluşturulan en temel veri WMO
standartlarına göre oluşturulan, Temp Kodu’dur. Ayrıca veri işleme
sistemleri, devam eden rasadın gidişatı hakkında operatöre yardımcı
olmalıdır. Bu amaca uygun olarak, SkewT-LogP diyagramı, Termodinamik
diyagramlar ve rüzgar diyagramları rasat programında yer almalıdır.
Ayrıca veri tabanı özelliğine de sahip olmalıdır.
Ravinsonde Rasatlarının Kullanıldığı Alanlar
Ravinsonde rasatlarının en temel amacı hava tahmini ve analizidir.
Standart izobarik seviyelere ait yükseklik, basınç, sıcaklık, nem ve
rüzgar bilgileri haritalara işlenerek hava tahmin ve analiz çalışmaları
yapılır. Ravinsonde rasatları, günümüzde sayısal hava tahmin
modellerinin en temel verilerindendir. Ayrıca sivil ve askeri amaçlı her
türlü havacılık amaçları için ravinsonde rasatları çok önemlidir.
Özellikle SkewT-LogP diyagramı lokal hava durumunun ravinsonde rasatları
yardımıyla analizinde çok önemli bir işleve sahiptir. Hava kirliği
tahmin, model ve analizi aşamalarında ravinsonde rasatları
kullanılmaktadır.
İyi olmuş sizin için..