A radar alapjai és a Doppler-eltolódás

A NEXRAD (Next Generation Radar) a visszavert energia alapján kap időjárási információkat (csapadék és szél). A radar egy energiakitörést bocsát ki (az animált képen zöld színű). Ha az energia egy tárgyba (esőcsepp, hópehely, jégeső, bogár, madár stb.) csapódik, az energia minden irányba szétszóródik (kék). Megjegyzés: a kibocsátott energiának csak egy kis része szóródik vissza közvetlenül a radar felé.

Tudjon meg többet a radarsugárról itt

Ezt a visszavert jelet fogadja a radar a figyelési idő alatt. A számítógépek elemzik a visszaküldött impulzus erősségét, az objektumig és visszaútig eltelt időt, valamint az impulzus fázisát vagy Doppler-eltolódását. Ez a jelkibocsátás, a visszavert jelek figyelése, majd a következő jelkibocsátás folyamata nagyon gyorsan, másodpercenként mintegy 1300-szor zajlik le!

A NEXRAD az általa küldött jelek “figyelésével” tölti a rengeteg időt. Ha az óránkénti összes impulzus idejét összeadjuk (azt az időt, amikor a radar ténylegesen sugároz), akkor a radar óránként körülbelül 7 másodpercig van “bekapcsolva”. A fennmaradó 59 percet és 53 másodpercet a visszatérő jelek figyelésével tölti.

A radar különböző pásztázási módozatairól itt

Az energiaimpulzus “fázisának eltolódását” érzékelő képesség teszi a NEXRAD-ot Doppler-radarrá. A visszatérő jel fázisa jellemzően az esőcseppek (vagy bogarak, por stb.) mozgása alapján változik. Ezt a Doppler-effektust Christian Doppler osztrák fizikusról nevezték el, aki felfedezte. Valószínűleg Ön is tapasztalta már a “Doppler-effektust” vonatok körül.

Amikor egy vonat elhalad az Ön tartózkodási helye mellett, talán észrevette, hogy a vonat sípjának hangmagassága magasról mélyre változik. Ahogy a vonat közeledik, a sípot alkotó hanghullámok összenyomódnak, így a hangmagasság magasabb lesz, mintha a vonat álló helyzetben lenne. Hasonlóképpen, ahogy a vonat távolodik Öntől, a hanghullámok megnyúlnak, és a síp hangmagassága csökken. Minél gyorsabban halad a vonat, annál nagyobb a változás a síp hangmagasságában, ahogy elhalad az Ön tartózkodási helye mellett.

Ugyanez a hatás játszódik le a légkörben, amikor a NEXRAD energiaimpulzusa egy tárgyba csapódik, és visszaverődik a radar felé. A radar számítógépei mérik a visszavert energiaimpulzus fázisváltozását, majd ezt a változást a tárgy sebességévé alakítják át, akár a radar felé, akár a radartól távolodva. A radar felé vagy a radartól távolodó tárgyak mozgására vonatkozó információk felhasználhatók a szél sebességének becslésére. Ez a szél “látásának” képessége teszi lehetővé, hogy az Országos Meteorológiai Szolgálat észlelje a tornádók kialakulását, ami viszont lehetővé teszi, hogy a tornádó-riadót időben előre jelezzük.

A fenti képen a szürke vonal a sugárzott jel. Láthatjuk, hogy
a visszaküldött energia hogyan változtatja meg a hullámhossz-karakterisztikáját, amikor eltalál
egy a radartól távolodó vagy a radar felé mozgó célpontot (piros, illetve zöld vonal)

Most nézzük meg a radaradatokat

Az adatoknak két fő típusa van, a sebesség és a visszaverődés.

A visszaverődési adatok azt mutatják meg, hogy milyen erősségű energia érkezik vissza a radarhoz, miután az visszapattan a csapadékcélokról. Más, nem csapadékos célpontok is visszaadnak energiát, de most csak a csapadékkal foglalkozunk. Általánosságban elmondható, hogy minél erősebb a visszavert energia, annál erősebb a csapadék. Tudjon meg többet a visszaverődésről itt.

A sebességadatok a visszavert energia fázisából vagy Doppler-eltolódásából származnak. A radar számítógépei kiszámítják az eltolódást, és meghatározzák, hogy a csapadék a radar felé vagy a radartól távolodik-e, és milyen gyorsan, majd ezeknek az irányoknak és sebességeknek megfelelő színt alkalmaznak. A piros szín jellemzően a radartól távolodó célt jelenti, míg a zöldet a radar felé mozgó célokra alkalmazzák. Ezeknek a színeknek az intenzitása határozza meg a becsült sebességét. Tudjon meg többet a sebességről itt.

A fenti képen a visszaverődési adatokban ábrázolt erős viharhoz kapcsolódó sebességadat látható. Ez egy remek példa arra, hogyan néz ki egy tornádó a sebességmegjelenítésben. Kattintson a képre a nagyobb részletességért. A radar délkeletre, vagyis a számítógép képernyőjének jobb alsó sarkában található. Figyelje meg az élénkpiros, vagyis az erős kifelé irányuló sebességeket közvetlenül az élénkzöld, vagyis a befelé irányuló sebességek mellett. Ez egy erősen forgó légoszlopot jelez. Ha olyan visszaverődési mintázattal párosul, amely kampós jelzést mutat, mint ebben az esetben, akkor gyakran tornádó keletkezik vagy készülődik.

Néha a WSR-88D Doppler radar nem csapadék célpontokat lát

Ha van odakint egy “célpont”, és az visszaveri a radar energiáját, a radar úgy fogja megjeleníteni, mintha csapadék lenne. A radarban van némi beépített logika, amely segít megkülönböztetni a csapadék és a nem csapadékos célpontokat. Néha azonban furcsa dolgokat látunk a radarképernyőn. Íme néhány:

Madarak kotorékgyűrűi. Ezek leginkább ősszel fordulnak elő a víztestek környékén, ahol jellemzően melegebb a hőmérséklet, mint a környező szárazföldön éjszaka. A madarak ilyenkor gyülekeznek a szezonális vonuláshoz. Éjszaka a madarak a tavakban és azok környékén pihennek/fészkelnek. Közvetlenül napfelkelte előtt a madarak gyakran összehangoltan felszállnak és szétszélednek a környező mezőkre, hogy napközben táplálkozzanak. A madárgyűrűk gyors animációjához kattintson a bal oldali képre.

Anomális terjedés

terep

AP &terep

Anomális terjedés. A radarsugár jellemzőinek ismerete alapján azt várjuk, hogy a radarsugár elhagyja a radart, és a légkörben a szokásos módon terjed. Néha azonban a légkör hatására a sugárnyaláb szupertörik vagy átcsatornázódik a légkörön. Amikor ez megtörténik, a sugár néha lefelé hajlik, ami azt eredményezi, hogy a radaronergiának egy része a talajba csapódik, és energiát küld vissza a radarhoz, ami rendellenes terjedést (AP) eredményez. A fenti három kép egy érdekes esetet mutat be. A bal oldali első képen a bekarikázott terület elszigetelt AP-t mutat. A középső kép Wisconsin déli részének domborzati térképe. A jobb oldali kép az AP-t mutatja a domborzati térképen. Figyeljék meg, hogy a Baraboo dombok magas domborzatát kiemeli a radar. Tudjuk, hogy ez AP, mivel műholdas és egyéb megfigyelésekkel megerősítettük, hogy az égbolt tiszta volt.

Szélerőműpark interferenciája. A szélerőművek háromféleképpen befolyásolhatják a Doppler-radarokat, ha a turbinalapátok mozognak, és a radar látóvonalán belül vannak. Ha elég közel vannak (néhány kilométeren belül), akkor részben blokkolhatják a sugár jelentős százalékát, és gyengíthetik az adatokat a szélerőműpark hatótávolságán belül. Visszatükrözhetik az energiát a radarra, és zavaró tényezőként (AP) jelenhetnek meg a radarképen, és szennyezhetik az alapvisszaverődési adatokat. A visszaverődési adatokat a radar algoritmusai a csapadékmennyiség becslésére és bizonyos viharjellemzők észlelésére használják. Végül pedig hatással lehetnek a sebességadatokra, amelyeket szintén a radarkezelők és a radar adatfeldolgozóinak különböző algoritmusai használnak bizonyos viharjellemzők, például mezociklonok, relatív viharmozgás, turbulencia stb. észlelésére. Tudjon meg többet itt.

Napinterferencia. Naponta kétszer, napkeltekor és napnyugtakor a radart a Nap által kibocsátott elektromágneses energia interferenciája zavarja. Napkeltekor és napnyugtakor van egy pont, amikor a radartányér közvetlenül a Nap felé mutat, és ez az energia éri. Ez a visszavert energia tüskeként jelenik meg a kijelzőnkön. Ez rövid ideig tart, jellemzően csak egy hangerő letapogatás során fordul elő. Vegye észre a bal oldali képen, hogy a napnyugta kissé délre van a nyugati iránytól. A dátum 2009. március 11. Kevesebb, mint 2 hét múlva lesz a tavaszi napéjegyenlőség. A nap a radartól nyugatra fog lenyugodni.

Füstfelhők. Száraz időszakokban, amikor ellenőrzött égetés vagy el nem oltott erdőtüzek zajlanak, a radarunk a tüzekhez kapcsolódó füstfelhőket észleli. Sok nagy füstfelhő az előírt vagy ellenőrzött égetésekből származik. Ezeket a tüzeket a szövetségi/állami/helyi hatóságok szándékosan, földgazdálkodási céllal gyújtják. Más tüzek magánterületeken keletkezhetnek. A példában látható két füstfelhő (az animációhoz kattintson a képre) a Wisconsin DNR által előírt égetésekből származik.