Radar básico e o deslocamento doppler
NEXRAD (Next Generation Radar) obtém informações meteorológicas (precipitação e vento) com base na energia retornada. O radar emite uma explosão de energia (verde na imagem animada). Se a energia atinge um objeto (chuva, floco de neve, granizo, insecto, pássaro, etc.), a energia é espalhada em todas as direções (azul). Nota: é uma pequena fração da energia emitida que é espalhada diretamente de volta para o radar.
Saiba sobre o feixe de radar aqui
Este sinal refletido é então recebido pelo radar durante o seu período de escuta. Os computadores analisam a força do pulso retornado, o tempo que levou para viajar até o objeto e voltar, e o deslocamento de fase, ou doppler do pulso. Este processo de emissão de um sinal, ouvindo qualquer sinal retornado, então emitindo o próximo sinal, acontece muito rápido, até cerca de 1300 vezes cada segundo!
NEXRAD gasta a vasta quantidade de tempo “ouvindo” para retornar os sinais que ele enviou. Quando o tempo de todos os pulsos de cada hora é totalizado (o tempo que o radar está realmente transmitindo), o radar fica “ligado” por cerca de 7 segundos a cada hora. Os 59 minutos e 53 segundos restantes são gastos ouvindo para qualquer sinal retornado.
Aprenda sobre os diferentes modos de varredura do Radar aqui
A capacidade de detectar o “deslocamento na fase” do pulso de energia faz do NEXRAD um radar Doppler. A fase do sinal de retorno muda normalmente com base no movimento das gotas de chuva (ou bugs, pó, etc.). Este efeito Doppler foi nomeado em homenagem ao físico austríaco, Christian Doppler, que o descobriu. Você provavelmente já experimentou o “efeito Doppler” ao redor dos trens.
Quando um trem passa pela sua localização, você pode ter notado o tom do apito do trem mudando de alto para baixo. Conforme o trem se aproxima, as ondas sonoras que compõem o apito são comprimidas fazendo o tom mais alto do que se o trem estivesse parado. Da mesma forma, conforme o trem se afasta de você, as ondas sonoras são esticadas, baixando o tom do apito. Quanto mais rápido o trem se move, maior é a mudança no tom do apito quando ele passa pela sua localização.
O mesmo efeito ocorre na atmosfera quando um pulso de energia do NEXRAD atinge um objeto e é refletido de volta para o radar. Os computadores do radar medem a mudança de fase do pulso de energia refletido que então converte essa mudança para uma velocidade do objeto, seja para o radar ou do radar. As informações sobre o movimento dos objetos na direção ou fora do radar podem ser usadas para estimar a velocidade do vento. Esta capacidade de “ver” o vento é o que permite ao Serviço Meteorológico Nacional detectar a formação de tornados que, por sua vez, nos permite emitir avisos de tornado com aviso mais avançado.
Na imagem acima, a linha cinza é o sinal transmitido. Você pode ver como
a energia retornada muda suas características de comprimento de onda quando atinge
um alvo se afastando ou em direção ao radar (linha vermelha e verde, respectivamente)
Agora, vamos olhar os dados do radar
Existem dois tipos principais de dados, Velocidade e Reflectividade.
Dados de reflexividade mostram-nos a força da energia que é devolvida ao radar depois de este saltar dos alvos de precipitação. Outras metas de não-precipitação retornarão a energia, mas por enquanto, nós só lidaremos com a precipitação. Em geral, quanto mais forte for a energia devolvida, mais pesada será a precipitação. Aprenda mais sobre Reflectividade aqui.
Os dados de velocidade são derivados da fase, ou deslocamento doppler da energia retornada. Os computadores do radar calcularão o deslocamento e determinarão se a precipitação está se movendo na direção ou para longe do radar, e a que velocidade, então aplicarão uma cor correspondente a essas direções e velocidades. O vermelho é tipicamente um alvo que se afasta do radar, enquanto o verde é aplicado aos alvos que se movem em direção ao radar. A intensidade dessas cores determina a sua velocidade estimada. Saiba mais sobre Velocidade aqui.
Na imagem acima, você pode ver os dados de velocidade que estão associados a uma forte tempestade retratada nos dados de refletividade. Este é um grande exemplo do aspecto de um tornado na visualização da velocidade. Clique na imagem para obter mais detalhes. O radar está localizado a sudeste, ou na parte inferior direita da tela do computador. Observe o vermelho brilhante, ou velocidades de saída fortes, bem ao lado do verde brilhante, ou velocidades de entrada. Isto indica uma coluna de ar com forte rotação. Quando acoplado a um padrão de refletividade que exibe uma assinatura de gancho, como neste caso, há frequentemente um tornado ocorrendo ou prestes a ocorrer.
Por vezes o radar Doppler WSR-88D vê alvos não-precipitados
Se houver um “alvo” lá fora e ele refletir a energia do radar de volta para o radar, o radar irá exibi-lo como se fosse uma precipitação. O radar tem alguma lógica embutida para ajudá-lo a discriminar entre alvos de precipitação e não-precipitação. Mas, às vezes, vemos coisas curiosas no nosso radar. Aqui estão algumas:
Anilhas de poleiro. Estes são mais comuns na queda em torno de corpos de água que normalmente têm temperaturas mais quentes do que a terra ao redor à noite. É também o tempo em que as aves estão se reunindo para a migração sazonal. À noite, as aves descansam/nidificam nos lagos e em torno dos mesmos. Pouco antes do nascer do sol, há frequentemente uma descolagem coordenada e dispersão das aves nos campos circundantes para se alimentarem durante o dia. Clique na imagem à esquerda para uma rápida animação das anilhas das aves.
 Propagação anómala |
 Terreno |
 AP & Terreno |
Interferência do parque eólico. Os parques eólicos podem impactar os radares Doppler de três maneiras se as pás das turbinas estiverem em movimento e elas estiverem dentro da linha de visão do radar. Se perto o suficiente (dentro de poucos quilômetros) eles podem bloquear parcialmente uma porcentagem significativa do feixe e atenuar os dados para baixo do alcance do parque eólico. Elas também podem refletir a energia de volta ao radar e aparecer como desordem (AP) na imagem do radar e contaminar os dados de refletividade da base. Os dados de refletividade são usados por algoritmos de radar para estimar a precipitação e para detectar certas características de tempestade. Finalmente, eles podem impactar os dados de velocidade, que também são usados pelos operadores do radar e por uma variedade de algoritmos nos processadores de dados do radar para detectar certas características da tempestade, como mesociclones, movimento relativo da tempestade, turbulência, etc. Saiba mais aqui.
Interferência do Sol. Duas vezes ao dia, ao nascer e pôr-do-sol, o radar experimenta interferência da energia eletromagnética emitida pelo sol. Há um ponto ao nascer e ao pôr-do-sol onde o prato do radar aponta diretamente para o sol e é atingido com essa energia. Isto é então mostrado como um pico de energia retornada em nosso display. É breve, normalmente só ocorre durante uma varredura de volume. Observe na imagem à esquerda que o pôr-do-sol está ligeiramente ao sul do devido oeste. A data é 11 de Março de 2009. Em menos de 2 semanas, estaremos no Equinócio da Primavera. O sol vai pôr-se a oeste do radar. 
Plumas de fumo. Durante períodos secos, quando há queima controlada ou incêndios incontidos, nosso radar detectará plumas de fumaça associadas com os incêndios. Muitas das grandes plumas de fumo são de queimaduras prescritas, ou controladas. São fogos intencionalmente ateados por funcionários federais/estaduais/locais para fins de gestão da terra. Outros incêndios podem ser em terras privadas. As duas plumas neste exemplo (clique na imagem para uma animação) foram prescritas queimaduras pelo Wisconsin DNR.