Radary

Radar w Brzuchanii (źródło: Wikipedia)

Radar w Brzuchani w Małopolsce.

Radar meteorologiczny to aktywne urządzenie teledetekcyjne służące do wykrywania hydrometeorów znajdujących się w atmosferze. Są to kropelki wody lub kryształki lodu, których średnica jest na tyle duża, by cząstki te były w stanie spaść na ziemię. Mniejsze cząsteczki nie są przez radar obrazowane. Zasada działania radaru polega na wysyłaniu bardzo krótkich impulsów o dużej mocy w przestrzeń i nasłuchiwaniu ech odbitych od hydrometeorów. W zależności od czasu jaki upłynął pomiędzy wysłanym i odebranym impulsem wyznaczana jest odległość od radaru w jakiej zarejestrowane zostało echo.

Praca radarów meteorologicznych polega na emisji opisanych wyżej impulsów w ściśle określonym kierunku, odebraniu sygnału, a następnie na ustawieniu się anteny na kolejny azymut i powtórzeniu czynności. Kiedy antena wykona pełny obrót, zmienia się kąt jej pochylenia względem ziemi (elewacja). Obrót zostaje powtórzony. Następnie ponownie zmieniany jest kąt pochylenia anteny. Ten układ czynności powtarzany jest, dopóki nie zostanie przeskanowana cała przestrzeń wokół radaru do zadanej odległości i wysokości (w przypadku radarów IMGW jest to odpowiednio 250 km i 20 km). Pełne skanowanie przestrzeni wokół radaru to skan objętościowy, zaś sposób skanowania: rozdzielczość, szybkość, liczba i wartości elewacji nazywane są strategią skanowania. Jest ona definiowana przez organ zarządzający radarem.

Wykres zależności wysokości emisji impulsu od odległości od radaru meteorologicznego dla poszczególnych kątów skanowania. Wykres ten w przybliżeniu oddaje rzeczywistość w przypadku polskiej sieci radarów IMGW. Źródło: Wikipedia

Wykres zależności wysokości emisji impulsu od odległości od radaru meteorologicznego dla poszczególnych kątów skanowania. Źródło: Wikipedia

Superkomórka z wyraźnym hook echo (źródło: NWS NOAA)

Superkomórka z wyraźnym hook echo. Źródło: NWS NOAA

Podstawowym produktem pracy radaru jest przestrzenny rozkład odbiciowości w postaci numerycznej, możliwy do wizualizowania na kilku produktach. Ogólnie rzecz biorąc odbiciowość jest miarą koncentracji i średnicy hydrometeorów, zatem im więcej deszczu i/lub lodu i im większe będą te cząstki w danej jednostce objętości atmosfery, tym wyższa będzie odbiciowość. Są jednak wyjątki. Należy do nich opad hydrometeorów lodowych (śnieg, grad, krupa śnieżna, krupa lodowa), które przekraczają izotermę 0°C, a ich zewnętrzna część pokrywa się wodą. W tej sytuacji odbiciowości zmierzone przez radar są zawyżone.

Do grupy podstawowych produktów uzyskiwanych w oparciu o skany objętościowe są: PPI – rozkład odbiciowości z jednej, wybranej elewacji, CAPPI – rozkład odbiciowości na określonej wysokości, CMAX – maksymalna odbiciowość w całym pionowym profilu, zrzutowana na płaszczyznę oraz przekroje pionowe na dowolnym fragmencie obrazu. Produkt CMAX udostępniany jest w czasie rzeczywistym przez IMGW. Nie można go utożsamiać wprost z opadem na powierzchni ziemi, gdyż część ech może być zawieszona i nie docierać do niej. Dzieje się tak np. na frontach ciepłych. W skali burzy, rozpoznanie obszarów słabego echa powyżej których zalegają obszary o wysokim echu jest niezwykle istotne, ze względu na większy potencjał niszczący takich burz. Podobnie ułożenie odbiciowości w charakterystyczny hak wraz z odchyloną trajektorią danej burzy, wskazuje na występowanie superkomórki burzowej. Także występowanie wysokich wartości odbiciowości na dużych wysokościach może wskazywać że dana burza jest groźna. Dodatkowo możliwe jest wdrażanie algorytmów automatycznie wykrywających zagrożenia np. grad, microburst, mezocyklon.

Radary meteorologiczne wchodzące w skład sieci IMGW (POLRAD) wykonują nie tylko pomiar odbiciowości, ale także pomiar prędkości radialnych. Jest to prędkość hydrometeorów niesionych wiatrem względem radaru. Wyróżnia się dwa kierunki – od i do radaru. Pomiar ten dokonywany jest jedynie na odległość 125 km wokół każdego radaru. Wyznaczenie prędkości radialnej opiera się o efekt Dopplera – zmianę częstotliwości odbitego sygnału w zależności od kierunku i prędkości przemieszczania się badanego obiektu.

Mapa echa radarowego z 03 sierpnia 2014 r. wraz z widocznymi zakłóceniami typu "spike". Źródło: Awiacha IMGW-PIB

Mapa echa radarowego (CMAX) z 03 sierpnia 2014 r. wraz z widocznymi zakłóceniami potocznie nazywanymi „spike”. Źródło: Awiacja IMGW-PIB

Podstawowym ograniczeniem wynikającym ze specyfiki pomiarów radarowych są obszary martwe, których radar nie jest w stanie przeskanować. Jest to obszar bezpośrednio nad radarem (im niżej, tym obszar jest węższy) oraz obszar znajdujący się nisko nad powierzchnią ziemi (im dalej od radaru, tym wyżej sięga). Martwe pole nad ziemią wynika z kąta najniższej elewacji w jakiej skanuje radar (w przypadku radarów IMGW – 0,5⁰) oraz z krzywizny ziemi. Im dalej od radaru, tym wyżej nad ziemią biegnie najniższa wiązka promieniowania emitowana przez radar. Dla przykładu – w rejonie Suwałk najniższa wiązka promieniowania emitowanego przez radar w Legionowie biegnie ponad 5 km nad ziemią. Wszystkie hydrometeory znajdujące się niżej pozostają niewidoczne dla polskiego systemu radarowego. W sytuacji występowania groźnej burzy nie ma możliwości rozpoznania sygnatur mogących świadczyć o zagrożeniu zlokalizowanych w dolnej troposferze. Do pozostałych ograniczeń związanych z pomiarami radarowymi należą m.in. tłumienie ech znajdujących się „za” obszarami o silnej odbiciowości (np. burzami). Przy odczytywaniu produktów radarowych należy również uwzględnić występowanie zakłóceń wywołanych obcymi nadajnikami (linie proste obecne na obrazach radarowych) lub obcych ech wywołanych np. inwersjami temperatury lub ćwiczeniami wojskowymi.

W Polsce operatorem sieci radarów meteorologicznych pokrywających swym zasięgiem niemal całe terytorium RP jest Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Od 1 stycznia 2017 r. dostęp do danych meteorologicznych (takich jak dane radarowe) do celów niekomercyjnych będzie miał każdy obywatel.

Bezpośredni link do obrazów radarowych IMGW: http://pogodynka.pl/polska/radary

Radarem meteorologicznym na terenie Polski dysponuje Ekoenergia Silesia S.A. Radar obejmie swym zasięgiem obszar leżący w promieniu 100 km wokół Goczałkowic – Zdroju. Obecnie radar oczekuje na uzyskanie wszystkich niezbędnych pozwoleń administracyjnych, aby mógł rozpocząć pracę. Stowarzyszenie Skywarn Polska  będzie korzystało podczas wydawania ostrzeżeń w systemie SkyPredict z danych tego radaru.

Poza polskimi radarami, osoby mieszkające w pobliżu granicy z państwami ościennymi mogą skorzystać z radarów udostępnianych przez zagraniczne służby meteorologiczne. O to kilka z nich:

Możliwość komentowania jest wyłączona.