Bazele radarului și deplasarea Doppler

NEXRAD (Next Generation Radar) obține informații meteorologice (precipitații și vânt) pe baza energiei returnate. Radarul emite o rafală de energie (verde în imaginea animată). Dacă energia lovește un obiect (picătură de ploaie, fulg de zăpadă, grindină, gândac, pasăre etc.), energia este împrăștiată în toate direcțiile (albastru). Notă: este o mică fracțiune din energia emisă care este împrăștiată direct înapoi spre radar.

Aflați despre fasciculul radar aici

Acest semnal reflectat este apoi recepționat de radar în timpul perioadei de ascultare. Calculatoarele analizează intensitatea impulsului returnat, timpul necesar pentru a ajunge la obiect și înapoi, precum și faza sau deplasarea doppler a impulsului. Acest proces de emitere a unui semnal, de ascultare a oricărui semnal returnat, apoi de emitere a următorului semnal, are loc foarte repede, până la aproximativ 1300 de ori în fiecare secundă!

NEXRAD își petrece o mare parte din timp „ascultând” semnalele de întoarcere pe care le-a trimis. Atunci când se însumează timpul tuturor impulsurilor din fiecare oră (timpul în care radarul transmite efectiv), radarul este „pornit” timp de aproximativ 7 secunde în fiecare oră. Restul de 59 de minute și 53 de secunde sunt petrecute ascultând orice semnal returnat.

Aflați despre diferitele moduri de scanare ale radarului aici

Capacitatea de a detecta „schimbarea de fază” a pulsului de energie face din NEXRAD un radar Doppler. Faza semnalului de întoarcere se schimbă de obicei în funcție de mișcarea picăturilor de ploaie (sau a insectelor, prafului etc.). Acest efect Doppler a fost numit după fizicianul austriac Christian Doppler, care l-a descoperit. Cel mai probabil ați experimentat „efectul Doppler” în preajma trenurilor.

Când un tren trece pe lângă locația dumneavoastră, este posibil să fi observat că tonul fluierului trenului se schimbă de la mare la mic. Pe măsură ce trenul se apropie, undele sonore care alcătuiesc fluierul sunt comprimate, ceea ce face ca tonul să fie mai ridicat decât dacă trenul ar fi staționat. De asemenea, pe măsură ce trenul se îndepărtează de dumneavoastră, undele sonore sunt întinse, scăzând tonul fluierului. Cu cât trenul se deplasează mai repede, cu atât mai mare este modificarea tonului fluierului pe măsură ce trece pe lângă locația dumneavoastră.

Același efect are loc în atmosferă atunci când un impuls de energie de la NEXRAD lovește un obiect și este reflectat înapoi spre radar. Calculatoarele radarului măsoară schimbarea de fază a impulsului de energie reflectat, care apoi convertesc această schimbare într-o viteză a obiectului, fie că se îndreaptă spre radar, fie că se îndepărtează de el. Informațiile privind mișcarea obiectelor fie spre radar, fie departe de acesta pot fi folosite pentru a estima viteza vântului. Această capacitate de a „vedea” vântul este cea care permite Serviciului Național de Meteorologie să detecteze formarea tornadelor, ceea ce, la rândul său, ne permite să emitem avertizări de tornadă cu o notificare mai avansată.

În imaginea de mai sus, linia gri reprezintă semnalul transmis. Puteți vedea cum
energia returnată își schimbă caracteristicile lungimii de undă atunci când atinge
o țintă care se îndepărtează sau se apropie de radar (linia roșie și, respectiv, verde)

Acum, să ne uităm la datele radar

Există două tipuri principale de date, Viteza și Reflexia.

Datele de reflexivitate ne arată intensitatea energiei care se întoarce la radar după ce aceasta ricoșează în țintele de precipitații. Alte ținte care nu sunt precipitații vor returna energie, dar, deocamdată, ne vom ocupa doar de precipitații. În general, cu cât energia returnată este mai puternică, cu atât precipitațiile sunt mai abundente. Aflați mai multe despre Reflectivitate aici.

Datele privind viteza sunt derivate din faza, sau deplasarea doppler a energiei returnate. Calculatoarele radarului vor calcula deplasarea și vor determina dacă precipitațiile se deplasează spre sau departe de radar și cu ce viteză, apoi vor aplica o culoare corespunzătoare acelor direcții și viteze. Roșu este, de obicei, o țintă care se îndepărtează de radar, în timp ce verde este aplicat țintelor care se deplasează spre radar. Intensitatea acestor culori determină viteza sa estimată. Aflați mai multe despre Velocity aici.

În imaginea de mai sus, puteți vedea datele de viteză care sunt asociate cu o furtună puternică descrisă în datele de reflectivitate. Acesta este un exemplu excelent de cum arată o tornadă în afișarea vitezei. Faceți clic pe imagine pentru detalii mai bune. Radarul se află la sud-est, sau în dreapta jos a ecranului computerului. Observați roșul aprins, sau vitezele puternice de ieșire, chiar lângă verdele aprins, sau vitezele de intrare. Acest lucru indică o coloană de aer care se rotește puternic. Atunci când este asociat cu un model de reflexie care prezintă o semnătură în formă de cârlig, ca în acest caz, este adesea vorba de o tornadă în curs de desfășurare sau pe cale să se producă.

Câteodată radarul Doppler WSR-88D vede ținte care nu sunt precipitații

Dacă există o „țintă” acolo și aceasta reflectă energia radarului înapoi la radar, radarul o va afișa ca și cum ar fi precipitații. Radarul are o anumită logică încorporată pentru a-l ajuta să facă distincția între ținte cu precipitații și ținte fără precipitații. Dar, uneori, vedem lucruri ciudate pe ecranul radarului nostru. Iată câteva:

Bird Roost Rings. Acestea sunt cel mai des întâlnite toamna în jurul corpurilor de apă care au de obicei temperaturi mai ridicate decât pământul din jur pe timp de noapte. Este, de asemenea, perioada în care păsările se adună pentru migrația sezonieră. Noaptea, păsările se odihnesc/se cuibăresc în lacuri și în jurul acestora. Chiar înainte de răsăritul soarelui, are loc adesea o decolare coordonată și o dispersie a păsărilor pe câmpurile din jur pentru a se hrăni în timpul zilei. Faceți clic pe imaginea din stânga pentru o animație rapidă a inelelor de păsări.

Propagare anomică

Teritoriu

AP &Teritoriu

Propagare anomică. Pe baza înțelegerii noastre privind caracteristicile fasciculului radar, ne așteptăm ca fascicululul radar să părăsească radarul și să se propage prin atmosferă într-un mod standard. Uneori însă, atmosfera va face ca fasciculul să se suprarefractă sau să se canalizeze prin atmosferă. Atunci când se întâmplă acest lucru, fasciculul se îndoaie uneori în jos, ceea ce face ca o parte din energia radarului să atingă solul și să returneze energie înapoi la radar, generând propagare anormală (AP). Cele trei imagini de mai sus prezintă un caz interesant. În prima imagine din stânga, zona încercuită prezintă AP izolată. Imaginea din mijloc este o hartă a terenului din sudul statului Wisconsin. Imaginea din dreapta arată AP suprapusă pe harta terenului. Observați cum terenul înalt al dealurilor Baraboo este evidențiat de radar. Știm că este vorba de AP, deoarece am confirmat prin satelit și alte observații că cerul era senin.

Interferența parcului eolian. Fermele eoliene pot avea un impact asupra radarelor Doppler în trei moduri, dacă paletele turbinelor sunt în mișcare și se află în raza de vizibilitate a radarului. Dacă sunt suficient de aproape (la câțiva kilometri), acestea pot bloca parțial un procent semnificativ din fascicul și pot atenua datele aflate în raza de acțiune a parcului eolian. De asemenea, ele pot reflecta energia înapoi către radar și pot apărea ca un dezordine (AP) pe imaginea radar și pot contamina datele de reflectivitate de bază. Datele de reflectivitate sunt utilizate de algoritmii radar pentru a estima precipitațiile și pentru a detecta anumite caracteristici ale furtunilor. În cele din urmă, acestea pot avea un impact asupra datelor de viteză, care sunt, de asemenea, utilizate de operatorii radar și de o varietate de algoritmi din procesoarele de date ale radarului pentru a detecta anumite caracteristici ale furtunii, cum ar fi mezocicloni, mișcarea relativă a furtunii, turbulența etc. Aflați mai multe aici.

Interferențe solare. De două ori pe zi, la răsărit și la apus, radarul se confruntă cu interferențe cauzate de energia electromagnetică emisă de soare. Există un punct la răsăritul și apusul soarelui în care antena radarului este îndreptată direct spre soare și este lovită de această energie. Acest lucru este apoi afișat ca un vârf de energie returnată pe ecranul nostru. Acesta este de scurtă durată, apărând de obicei doar în timpul unei scanări de volum. Observați în imaginea din stânga că apusul soarelui este ușor la sud de direcția vest. Data este 11 martie 2009. În mai puțin de 2 săptămâni, vom fi la echinocțiul de primăvară. Soarele va apune la vest de radar.

Pene de fum. În timpul perioadelor secetoase, când au loc arderi controlate sau incendii de vegetație necontrolate, radarul nostru va detecta pene de fum asociate cu incendiile. Multe dintre coloanele mari de fum provin de la arderi prescrise sau controlate. Acestea sunt incendii declanșate în mod intenționat de către oficialii federali/statali/locali în scopul gestionării terenurilor. Alte incendii pot fi pe terenuri private. Cele două coloane din acest exemplu (faceți clic pe imagine pentru o animație) au fost arderi prescrise de către Wisconsin DNR.