Deniz Radarları


HF DENİZ RADARI SAYFASININ KULLANIMI

Istanbul Boğazı Karadeniz çıkışına kurulumu yapılıp görüntü alınan HF Deniz Radarı Sistemi her yarım saatte bir görüntü üretmektedir ve bu görüntülere ait bilgi dosyaları Meteoroloji Genel Müdürlüğünde arşivlenmektedir.

Menüde Gösterim Şekli, Parametre ve Radar Alanı olmak üzere üç adet seçenek bulunmaktadır.

Gösterim Şekli sekmesi ile eğer Resim seçilmişse seçilen parametrenin son görüntüsü, Hareketli Görüntü seçilmişse son 12 görüntünün ardışık olarak görüntülenmesi sağlanır.

Parametre sekmesiyle Akıntı Hızı ve Yönü, Dalga Yüksekliği ve Yönü ile Rüzgar Yönü seçilebilir.

Radar Alanı sekmesi, hangi HF Deniz Radarı kullanılacaksa onun seçimi yapılabilsin diye konulmuştur.Halen bir adet HF Deniz Radarı Sistemimiz bulunduğundan bu sekme sonraki dönemlerde kullanılmak üzere konulmuştur.

Hareket Kontrolü sekmesi Hareketli Görüntü seçildikten sonra aktif hale geçer. Toplam 12 adet görüntüyü 5 seviyelik hız kontrolü ile ardışık olarak görmek mümkündür.

Gösterimlerdeki saat GMT saatidir. Lokal saat için Yaz Saati döneminde 3, diğer dönemde 2 saat eklenmesi gerekmektedir.

PARAMETRELERLE İLGİLİ BİLGİLER

HF Deniz Radarı ile ilgili olarak internet üzerinden 3 parametreye ait görüntüler yayınlanmaktadır. Aşağıda anlatılan üç parametre için de artefactler (sinyalin yetersizliğinden kaynaklı bozulmuş ya da uygun olmayan değer) atıldıktan sonra oluşturulan haritalar son kullanıcıya sunulmuştur.

Akıntı Hızı ve Yönü:

Normalde her iki yakada kurulu olan HF Deniz Radarları radyal olarak akıntı verisi ve haritası üretmektedir. Her iki sistemden üretilen bu haritalar daha sonra birleştirilmiş tek bir görüntü haline dönüştürülmüştür. Yeni oluşturulan bu haritadaki değerler vektörel büyüklüklerdir ve akıntı bilgisinin yanında yön de hesaplanmıştır. Bu sayfadaki akıntı haritası da birleştirilmiş Akıntı Hızı ve Yönü haritasıdır. Bu haritada akıntı hızı metre/saniye cinsindendir. Okların büyüklüğü ve renk skalası ile akıntı hızı saptanabilir. Yön ise merkezden dışa doğru değerlendirilir. Örneğin merkezden sağa doğru olan bir ok akıntının yönünün 90° ye yani doğuya doğru olduğunu göstermektedir. Akıntı haritasında yapılan ölçümlerin kalitesinin deniz üzerindeki trafik, yansıma ya da kötü hava koşulları nedeniyle düşmesinden dolayı sistemin oluşturduğu haritadan muhtemelen bozuk olan değerler atılmıştır. O nedenle harita üzerinde zaman zaman boşluklar olabilir.

Dalga Hızı ve Yönü:

Dalga hızı ve yönü haritasında yönsel bölüm sadece her iki radar sinyallerinin kesişme bölgesinde bulunmaktadır. Radarın dalga ile ilgili çalışma aralığı (working range) daha az olduğundan dalganın yön verisi akıntıdaki yön verisinden daha azdır. Burada verilen Belirgin Dalga Yüksekliğidir ve yön olarak akıntıdaki gibi merkezden dışa doğru değerlendirme yapılır. Yani dalganın yönü doğu deniyorsa dalga merkezden 90° ye doğru hareket etmektedir şeklinde anlaşılır. Renk skalası ile dalga yüksekliği saptanabilir.

Rüzgar Yönü:

Rüzgar yönü HF Deniz Radarlarının en düşük doğrulukla vermiş olduğu parametredir. Rüzgar yönü ile ilgili iyileştirme çalışmaları sürmektedir. Rüzgarın yönü ise geldiği yönden merkeze doğru olarak okunur. Eğer bir rüzgar Doğudan esiyorsa 90° den esiyor denir.

Verilerin Doğruluğu

HF Deniz Radarının yapmış olduğu ölçümleri test etmek amacıyla Türkiye kıyılarına atılan meteorolojik şamandıralardan bir tanesi de HF Deniz Radarı sahasının sinyal olarak en güclü olduğu yere atılmıştır. Mart 2015’te İstanbul Boğazı Karadeniz çıkışına atılan ve işletmeye alınan meteorolojik amaçlı şamandıranın belirgin dalga yüksekliği verileriyle HF Deniz Radarının aynı noktaya karşılık gelen dalga yüksekliği verileri 2 aylık bir periyot için karşılaştırılmış özellikle şamandıranın ölçmüş olduğu belirgin dalga yüksekliğinin 1 metreyi aştığı ve aynı zamanda HF Deniz Radarı ölçümlerinde artefact (bozuk, uygun olmayan) olan verilerin atılmasından sonra yapılan karşılaştırmalarda çok yüksek bir tutarlılık saptanmıştır.

YÜKSEK FREKANSLI (HF) DENİZ RADARLARI ve TÜRKİYE KIYILARINDA KULLANIMINA BİR BAKIŞ

GİRİŞ

Deniz meteorolojisi deniz çevresindeki atmosfer ve deniz sınırları içerisinde meydana gelen doğal olaylar ile derin denizler, sahil kesimi, sahilden uzak sınırlar içinde kalan sulardaki insan faaliyetlerinin gereksinimi olan bilimsel ve işletme amaçlı deniz meteorolojik bilgi talepleriyle ilgilenir. Ülke güvenliğini sağlayan Deniz Kuvvetlerinin yanı sıra, sürekli büyüyen deniz ticaret filosu ile balıkçılık, deniz ve yat turizmi, kıyıda ve kıyıdan uzakta yapılan su altı maden ve petrol araştırmaları deniz meteorolojisi tahmin ve verilerine ihtiyaç duyar. Bu nedenle sektörün deniz meteorolojik bilgi ihtiyacı çeşitli ölçüm sistemleri ve modellerle karşılanır. Meteorolojik ve oşinografik şamandıralar, platformlar, gönüllü gözlem gemilerinden yapılan ölçümler ile kıyılardan yapılan ölçümler (fenerlerde ve sahil meteoroloji istasyonlarında) deniz meteorolojik gözlem ihtiyacını karşılamaya yönelik önemli sistemlerdir. Tüm bunlara ilave olarak denizlerde geniş bir alanda grid noktası bazında ölçüm yapılabilmesine olanak tanıyan HF Deniz Radarları son dönemde birçok ülke ve özel kuruluş tarafından kullanılmaktadır. Dünyada operasyonel meteoroloji konusunda yaygın bir kullanımı olmamakla beraber özellikle akıntı bilgisi; arama kurtarma, deniz kirliliğinin yayılımı, deniz yüzeyindeki petrol tabakasının tespiti gibi konularda fayda sağlamaktadır.

HF DENİZ RADARLARI

Deniz durumunun bilinmesi ve ileriye yönelik tahmini için denizlere ait ölçüm bilgileri (akıntı, dalga, rüzgar) bu sahada çalışanların temel taleplerini oluşturmaktadır. Bu nedenle, uzun mesafelerde denizlere ait akıntı bilgilerinin ve deniz dalgalarının güvenilir ve ekonomik görüntülenmesi oldukça önemli ve arzulanan bir durumdur. Denizcilik alanında bu önemli ihtiyacı karşılamaya yardımcı olan uzaktan algılama araçlarından biri yüksek frekans (HF) yüzey dalga radarıdır (İng. High Frequency Surface Wave Radar). HF Yüzey Dalga Radarları deniz üzerinde ufuk ötesine kadar ölçme yapabilen radarlardır. Yaklaşık 40 yıldır deniz yüzeyindeki akıntıların ve dalga yüksekliğinin (deniz durumunun) ölçülmesi için geliştirilerek Amerika, Almanya, İngiltere, Fransa, Çin, Avustralya Japonya, Kanada tarafından sahada kullanılmaya devam edilmektedir. Deniz şamandırası gibi ölçme sistemlerinden farklı olarak tek bir noktaya ait ölçüm değil binlerce kilometre karelik alanların ölçümlerini harita olarak verebilmektedir. HF Deniz Radarları, elektromanyetik dalganın deniz yüzeyine tutunarak yüzey dalgası biçiminde yayılması ve geri saçılması prensibine dayanan sistemlerdir. Böylece, elektromanyetik dalgalar yüzeyde kılavuzlanarak ufuk menzilinin ötesine taşınabilir. Örneğin, yüzey dalgalı bir HF radar ile 7 MHz taşıyıcı frekansında 200 km menzilde geri yansıma ölçümleri yapılabilmektedir. Bu yolla, ufuk ötesinden alınan sinyallerde deniz yüzeyi ile ilgili bilgiler algılanabilmektedir. Böylece, HF Radar teknolojisinin gelişmesi ile deniz ve okyanuslarda deniz meteorolojik parametrelerin tahmini yapılabilmektedir. Radar, kıyıya yerleştirildiği noktadan deniz yüzeyine elektromanyetik dalga yayar ve geri saçılan dalgaları bir anten dizisiyle toplar. Dizi anten sisteminden elde edilen geri saçılım sinyallerinden Doppler izgeleri elde edilir ve bu izgeler sistem yazılımı tarafından işlenerek deniz meteorolojik parametrelere dönüştürülür. Radarın ölçeceği ve yayınlanabilir ürün diye tanımlanacak olan deniz meteorolojik parametreler "akıntı hızı ve yönü", "dalga yüksekliği ve yönü" ve "deniz üstü rüzgâr yönü" ölçüm değerleridir.

Şekil 1’de örnek bir Doppler izgesi ve Bragg geri saçılımlarının işlenmesiyle elde edilen örnek bir akıntı hız ve yön haritası gösterilmiştir.

Şekil 1. (a) Birinci ve ikinci derece Bragg saçılımlarını gösteren Doppler izgesi (b) Bragg saçılımlarının işlenmesi ile elde edilen akıntı hız ve yön haritası

Deniz meteorolojik parametrelerin ölçülmesi amacıyla sahile konuşlandırılmış bir HF radar ile aşağıdaki ölçümler yapılabilmektedir:

  • Yüzey akıntı hızları ölçümü ve akıntı yönünün kestirimi
  • Dalga yüksekliği kestirimi
  • Baskın dalga periyodu ve yönünün kestirimi
  • Yönsüz ve yönlü dalga spektrumu
  • Deniz yüzeyi rüzgar hızı ve yönü kestirimi

Yüzey dalgalı HF radar ile deniz meteorolojik parametrelerinin kestirimin dışında hedef takibi ve küçük botların tespiti de yapılabilmektedir.Bu amacın dışında HF radardan birçok denizcilik uygulamasında yararlanılmaktadır. Bunlar;

  • Arama & Kurtarma
  • Kaçakçılık, korsan gemilerin tespiti
  • Kaçak balıkçılığın önlenmesi
  • Gemi trafiği kontrolü
  • Deniz yüzeyindeki petrol kirlilikleri ve yayılmasının tespiti
  • Ufuk ötesi gözetim

HF Yayılımı

Yer Dalgası Yayılımı

Yer dalgası yer yüzeyine tutunup ilerlediğinden yer eğriliğini izler ve dikey polarizasyonlu dalgalardır. Yüzeyin elektriksel iletkenliği, anten yüksekliği, polarizasyon, çalışma frekansı, yüzey yapısı yer dalgasının yayılımını etkiler. Ayrıca yer dalgasının yayılımı gün ve mevsime göre de değişebilir. En bilinen kullanım alanı ufuk ötesi gözetimdir.

Gök Dalgası Yayılımı

HF'in gök dalgası şeklinde yayılmasında İyonosfer taşıyıcı olarak kullanılmaktadır.

Şekil 2. HF Yayılımı

HF Deniz Radarı Sistemleri

Dünya üzerinde iki tip HF Deniz radarı sisteminin kullanımı yaygındır. Birinci tipte tek bir saha çalışmasında iki anten kullanılmaktadır. Alıcı ve verici antenler. Kullanımı kolay daha az alana ihtiyaç vardır. Bu sistem özellikle akıntı ölçümü için idealdir. En önemli avantajı az yer kaplaması ve daha ucuz olmasıdır. Teknik özellikleri aşağıdaki gibidir.

Tablo 1: Tekli Anten Tipli HF Radarın Teknik Özellikleri

Diğer tipte verici anten sayısı genellikle 4, alıcı anten sayısı ise 8, 12 ya da 16 olmaktadır. Bu antenlerle ışın taraması yapılarak, elde edilen sinyallerin işlenmesi ve spektrum analiziyle oşinografik sonuçlar elde edilmektedir. Bunlar deniz yüzey akıntısı, dalga yüksekliği ve yönüdür. Rüzgar hızı ve yönü ise hesaplamayla elde edilir. Tek sahaya kurulum yapıldığında dalga ve akıntı bilgisi alınırken, iki sahaya kurulum yapıldığında yön bilgisi de alınabilmektedir. Anten sayısı arttıkça elde edilen dalga ölçümlerinin doğruluğu artıyor. Diğerine göre daha pahalı ama dalga ve rüzgar ölçümünde daha tutarlı. Dezavantajı yerleşim yeri bakımından çok alan kaplamasıdır. Çoklu anten tipli HF radarların teknik özellikleri Tablo 2’de gösterilmiştir.

Tablo 2: Çoklu Anten Tipli HF Radarın Teknik Özellikleri

HF DENİZ RADARLARININ TÜRKİYE KIYILARINDA KULLANIMI

Ulaştırma, havacılık, denizcilik, tarım, inşaat, enerji, turizm başta olmak üzere birçok sektöre hizmet vermekle sorumlu olan Meteoroloji Genel Müdürlüğü (MGM) denizlerden veri elde edilmesi çalışmaları kapsamında 2012 yılı içerisinde "İstanbul Boğazı Karadeniz Çıkışı 2 adet HF Deniz Radarı Sistemi" kurulumu çalışmalarına başlamış Aralık 2013 itibariyle kurulum sonuçlanmış ve HF Deniz Radarı sistemi o tarhten itibaren çalışmasını sürdürmektedir.

MGM Türkiye kıyılarında ilk olacak bu çalışmayı kendisi başlatmıştır. İlk aşamada test amaçlı yapılması planlanan bu çalışma için Boğaz trafiğinin en yoğun yerlerinden birisi olan İstanbul Boğazının Karadeniz çıkışı en uygun yer olarak tespit edilmiştir.

Radarların kurulacağı yerlerin ve radarların temel özelliklerinin belirlenmesi amacıyla MGM tarafından bir çalışma yapılmış ve bu çalışma doğrultusunda Boğazın her iki yakasında radar kurulacak sahalar belirlenmiştir. Bunlar Tablo 3 ve Tablo 4’te gösterilmiştir.

Tablo 3: İstanbul Boğazı Karadeniz çıkışı Anadolu tarafı

Pos. Açıklama Sonuç
1 Alan Adı Yirmibir (Area21)
2 Bölgesi İstanbul Boğazı Karadeniz çıkışı Anadolu tarafı
3 Pozisyon Boylam:41º13’23’’ Enlem:29º09’55’’
4 Elektriğe olan mesafesi 450 m
5 Yer yüzeyi durumu Uçurum
6 Deniz seviyesinden yükseklik 80 m

Tablo 4: İstanbul Boğazı Karadeniz çıkışı Avrupa tarafı

Pos. Açıklama Sonuç
1 Alan Adı Golden Beach
2 Bölgesi İstanbul Boğazı Karadeniz çıkışı Avrupa tarafı
3 Pozisyon Boylam:41º14’47’’ Enlem:29º05’25’’
4 Elektriğe olan mesafesi 650 m
5 Yer yüzeyi durumu Uçurum
6 Deniz seviyesinden yükseklik 20 m

Kurulan bu sistemle radarların kapsama alanı içerisinde akıntı hızı ve yönü, rüzgar yönü, dalga yüksekliği ve yönü, dalga spektrumu, bilgileri sağlanmaktadır. Boğazın her iki yakasına kurulan radar sisteminin her birinde 4 verici, 12 alıcı anten bulunmaktadır. Her iki HF radar sistemi bireysel olarak radyal haritalar üretmekle birlikte iki radar sisteminin verileri bir program yardımıyla birleştirilerek kombine haritalar da üretmektedir.

İki radar istasyonunda da 16 MHz frekans bandını kullandığı sistemde teknik özellikler aşağıdaki gibidir.

Minimum çalışma mesafeleri (working range)

  • Akıntı: 50 km
  • Rüzgar yönü: 30 km
  • Dalga yüksekliği: 25 km
  • Dalga spektrumu: 15 km

Her bir radar sisteminin doğrulukları (accuracy)

  • Radyal akıntı hızı: 2 cm/s (10 dak. entegrasyon zamanı için)>
  • Akıntı yönü: +/- 10
  • Belirgin dalga yüksekliği(Hs): < 15% (20 dak. entegrasyon zamanı için)
  • Ortalama dalga yönü: < 5° (20 dak. entegrasyon zamanı için)
  • Ortalama dalga periyodu: < 15%
  • Yönsel dalga spektrumu: 0.01 Hz
  • Rüzgar yönü: 10° ile 40° arası

Her bir radar sisteminin dalga tespiti için limitleri:

  • Minimum belirgin dalga yüksekliği (Hs min): Hs için 0.4 m, Spektrum için 1m
  • Maksimum belirgin dalga yüksekliği (Hs max): 6.0 m

Verici (Transmitter-TX) ve Anteni

Toplam 4 antenin bulunduğu verici sistem 16,100-16,200 MHz band aralıklarında çalışmakta ve izin verilen 100 KHz band için kullanılan grid çözünürlüğü en fazla 1800m dir. Verici çıkış gücü toplam minimum 25W tır. Aşağıdaki fotoğrafta Avrupa yakasına kurulumu yapılan HF Deniz Radarının verici antenleri görülmektedir.

Şekil 4: HF Deniz Radarı Avrupa Yakası Verici Antenleri

Alıcı (Receiver-RX) ve Anten Dizisi.

En az 12’li alıcı anten dizisi (linear array) kullanılmaktadır. Alıcı antenler dizisi saha konumuna göre doğrusal (linear), bükey (curved) yada rastgele (random) ayarlanabilmektedir. Kurulan sistemde Avrupa yakasında doğrusal, Anadolu yakasında bükey kurulum yapılmıştır. Alıcılar -166 dBm’den (1Hz band genişliği için) daha düşük bir gürültü seviyesine sahiptir. Alıcı anten dizisi aşağıdaki özellikleri sağlamaktadır.

  • Açısal görüş alanı: Minimum 90° (+/- 45°)
  • Açısal doğruluk: ± 1°
  • Işın genişliği:Merkezde: ± 4°, Tipik: ± 6°, Kenarda: ±8°

Aşağıdaki fotoğraflarda sırasıyla Avrupa ve Asya yakaları alıcı anten dizilişi görülmektedir.

Şekil 5: HF Deniz Radarı Avrupa Yakası Alıcı Antenleri

Şekil 6: HF Deniz Radarı Anadolu Yakası Alıcı Antenleri

Kurulumu Ekim 2013’te yapılan iki radardan oluşan sistemden alınan ilk ürünler.

Şekil 7:HF Deniz Radarlarına ait Birleştirilmiş Akıntı Hızı ve Yönü Haritası

Şekil 8:HF Deniz Radarlarına ait Birleştirilmiş Belirgin Dalga Yüksekliği ve Yönü Haritası

Şekil 9: Veri (Sinyal) Kalitesini Gösteren GDOP Haritası

Şekil 10: Her iki radarın kapsama alanı ve kesişme bölgesi

HF Deniz Radarı Projesinin Yaygın Etkisi

MGM’ye yapacağı katkılar ve sağlayacağı faydalar

a) HF deniz radarı sisteminden elde edilecek verilerle denizler üzerindeki hava ve deniz koşullarının bilinmesi, daha gelişmiş ve güvenilir deniz raporu ve tahminlerinin hazırlanmasını sağlayacaktır.

b) Kuramsal sonuç ve analizler deney ve model verilerinin tutarlılığı konusunda yön gösterecektir.

c) MGM denizlerimizdeki meteorolojik gözlem kabiliyetini arttıracak ve yurt içindeki diğer kurum ve kuruluşlarla meteorolojik ve oşinografik işbirliği imkanlarını geliştirecektir.

d) Çevresel gözlemlere halkın dikkatini arttıracak ve MGM’nin ve ilgili kuruluşların deniz araştırmaları çalışmalarına destek sağlayacaktır.

e) MGM’nin, Türk karasuları ile çevre denizler üzerindeki rolünün önemi vurgulanmış olacaktır.

f) Ülkemizde de deniz gözlemlerinin operasyonel hale gelmesi, çevresel değerlendirme ve deniz gözlem faaliyetlerine verilen önem adına büyük bir adım atılmasının göstergesi olacaktır.

Diğer Kurumlara yapacağı katkılar ve sağlayacağı faydalar


a) Denizlerin durumuna ilişkin bilgiler elde edilebileceği için Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığı, Üniversitelerin Kıyı ve Liman Mühendisliği Bölümleri ile Deniz Bilimleri Fakülteleri, deniz taşımacılık şirketleri gibi bir çok kurum bu bilgilerden yararlanabilecektir.
b) HF deniz radarı ile gözetim (surveillance) bilgilerine de erişebilmek zaman içinde mümkün olduğu için Deniz Kuvvetleri Komutanlığı da sistem çıktılarından gerektiğinde faydalanabilecektir.
c) Seyir Hidrografi ve Oşinografi Dairesi Başkanlığı (SHOD), Kıyı Emniyeti Genel Müdürlüğü (KEGM), Afet ve Acil Durum Yönetimi (AFAD) Başkanlığı, Afet Koordinasyon Merkezi (AKOM), Sahil Güvenlik Komutanlığı ve ilgili Belediyelere sistemin tanıtımını yapılıp detaylı akıntı ve meteorolojik bilgilerin kullanımı sağlanabilecektir.

Ulusal teknolojik gelişmeye ve bilimsel birikime yapacağı katkılar ve sağlayacağı faydalar

a. Oşinografik araştırmalar
b. Balıkçılık yönetimi
c. İnşaat Mühendisliği
d. Arama, Kurtarma operasyonları
e. Çevre kirliliğinin belirlenmesi
f. Elektromanyetik uygulamalar.

SONUÇ

Sonuç olarak, kıyılara yakın yerleri gözleyecek şekilde kurulacak HF Deniz Radarları sistemi sayesinde, deniz meteorolojik parametrelerin uzaktan ve geniş alanda ölçümü konusunda önemli bilgi ve deneyim elde edilecek, bu veriler dalga tahmin modellerinde kullanılabilecek, HF Deniz radarları sistemi ile elde edilen birikim askeri amaçlı ve/veya sivil amaçlı hedef saptama, arama kurtarma çalışmaları, deniz kirliliğinin takibi gibi uygulamalarda da kullanılabilecektir. Avrupa çapında HF Radarlarla ilgili bir ağ kurulması yönünde çalışmalar sürmektedir ve ülkemizin de bu ağa girme olanağı doğacaktır. HF deniz radarı çıktılarının operasyonel kullanımına geçilmeden önce şamandıra ve model çıktılarıyla karşılaştırılması ve ondan sonra kullanılması gerekmektedir. Bu bağlamda Mart 2015’te İstanbul Boğazı Karadeniz çıkışına meteorolojik amaçlı bir şamandıra atılmış ve işletmeye alınmıştır. Şamandıra ve HF Deniz Radarının aktif olduğu aynı dönemlerde Dalga Yüksekliği parametresi üzerinden yapılan çalışmalar sonucunda, özellikle şamandıranın ölçmüş olduğu belirgin dalga yüksekliğinin 1 metreyi aştığı ve aynı zamanda HF Deniz Radarı ölçümlerinde artefact (bozuk, uygun olmayan) olan verilerin atılmasından sonra yapılan karşılaştırmalarda çok yüksek bir tutarlılık saptanmıştır.