Vsi spremljamo vremensko napoved pri načrtovanju dejavnosti na prostem. Naj s seboj vzamemo dežnik? Se bliža huda nevihta? Kako naj se oblečemo? Kakšna je temperatura zunaj? Medtem ko vsi vemo, da nam radarska slika pomaga napovedati prihajajoče vreme, le malo ljudi dejansko razume kako radarska slika deluje. Razvoj radarja je zanimiv in presenetljivo je, kako se je tako pomemben instrument začel uporabljati.

RADAR je okrajšava za RAdio Detection in Ranging in se je počasi začel razvijati že v poznem 19. stoletju. Do začetka druge svetovne vojne je veliko držav radarsko sliko uporabljalo za odkrivanje sovražnih ladij in letal. Ko so radarski operaterji odkrili, da so padavine na njihovem zaslonu popačile sliko (prikrivale potencialne sovražnikove cilje), so spoznali nov najdeni potencial radarja. Kmalu po vojni so bili kot detektorji padavin uporabljeni presežni radarji. Od takrat se je sodoben vremenski radar razvil in izboljšal, kar vključuje boljše metode za pridobivanje podatkov in podatke višje ločljivosti. Dejansko se večina sodobnih vremenskih radarjev sedaj uporablja kot “pulzni doppler” (poseben ultrazvok) in lahko poleg intenzivnosti padavin zaznava gibanje kapljic dežja. Danes specializirana programska oprema uporablja radarske podatke za izdelavo kratkoročnih napovedi in je celo vključena v numerične vremenske napovedi, da bi izboljšala natančnost napovedi.

TOREJ, KAKO TOČNO DELUJE RADAR OZ. RADARSKA SLIKA?

Osnove: kako deluje sodobni vremenski radar

Sodobni Doppler radarski sistem je sestavljen iz velike radarske antene, ki je nameščena v še večji šesterokotni kupoli, da jo varuje pred naravnimi elementi. Radarska antena se lahko vrti 360 stopinj v vodoravni smeri in približno 20 stopinj v navpični smeri. Ko se radarska antena obrača, oddaja izredno kratke intervale radijskih valov, imenovane impulze, nato počaka, da se ti impulzi vrnejo. Vsak impulz traja približno 0,00000157 sekund s časom “sprejemanja” 0,00099843 sekunde. Posredovani radijski valovi se gibljejo skozi atmosfero okoli hitrosti svetlobe. Ko doseže cilj, kot je kapljica dežja ali snežinka, so radijski valovi razpršeni z delom energije, ki se vrne nazaj v radar. Radar opazi vse te informacije med “obdobjem sprejemanja”, pri čemer se postopek ponovi do 1.300 krat na sekundo. S podatki, ko radijski valovi zapuščajo anteno, zadenejo cilj in se vrnejo v anteno, lahko radar izračuna razdaljo in smer cilja z uporabo “Dopplerjevega učinka” (od tu ime Doppler radar). Poleg tega vrnjena energija, ki jo prejme radar, zagotavlja informacije o značilnostih cilja (tip padavin), vključno z velikostjo, in intenzivnostjo.

Dopplerjev učinek

Dopplerjevi radarji z uporabo Dopplerjevega učinka zagotavljajo informacije o gibanju in položaju ciljev. Ko radar oddaja impulz radijskih valov, sledi faznemu premiku med oddanim radijskim valom in prejetim odmevom. Ta fazni premik kaže, ali se cilj premika naravnost proti radarju ali proč od njega, kar pa imenujemo radialna hitrost. Pozitivni fazni premik pomeni gibanje proti radarju in negativen premik kaže, da je premik od radarja. Učinek faznega premika je podoben “Dopplerjevemu premiku”, ki ga opazujemo z zvočnimi valovi. Če objekt oddaja zvočne valove, ko se približuje lokaciji, so valovi stisnjeni, kar vodi do višje frekvence. Ker se objekt premika od lokacije, se zvočni valovi raztegnejo, kar vodi do nižje frekvence.

Dual-polarizirani radar

Medtem ko konvencionalni radarji oddajajo in sprejemajo impulze v vodoravni smeri, gredo

dvopolarizacijski radarji korak dlje in prenašajo in sprejemajo valove v vodoravni in navpični smeri. To zagotavlja popolnejšo radarsko sliko v ozračju, s čimer lahko opazovalci razlikujejo med dežjem, snegom / taljenjem snega in celo točo.

KAKO DELUJEJO VREMENSKI SATELITI?

Vremenski sateliti imajo instrumente, imenovane radiometre (ne kamere), ki skenirajo zemljo za oblikovanje radarskih slik. Ti instrumenti imajo po navadi neke vrste majhen teleskop ali anteno, mehanizem za skeniranje in enega ali več detektorjev, ki zaznavajo vidno, infrardeče ali mikrovalovno sevanje za spremljanje vremenskih sistemov po vsem svetu.

Meritve teh instrumentov so v obliki električnih napetosti, ki se digitalizirajo in nato prenašajo na sprejemne postaje na tleh. Podatki se potem posredujejo v različne vremenske centre po vsem svetu in so na voljo prek interneta v obliki slik. Ker se vreme hitro spreminja, je čas od satelitske meritve do razpoložljivosti slike lahko krajši od minute.

Vremenski sateliti so postavljeni v eno od dveh vrst okrožij okoli Zemlje, od katerih ima vsaka prednosti (in slabosti) za spremljanje vremena. Ena izmed njih je “geostacionarna” orbita s satelitom na zelo visoki nadmorski višini (okoli 36.000 kilometrov) in kroži nad ekvatorjem z enako hitrostjo, kot se vrti zemlja. To omogoča satelitu, da neprestano gleda na isti geografski prostor in se uporablja za zagotavljanje večine satelitskih posnetkov radarske slike, ki jih vidite na televiziji ali internetu.

KAKO DELUJE VREMENSKI RADAR?

Kompleksne komponente vremenskega radarja ustvarjajo elektromagnetni signal in ga oddajajo skozi anteno v atmosfero. Signal je povezan z dežjem, snegom ali točo, kar povzroči povratno informacijo proti anteni. Antena zajame ta zelo šibek povratni signal in ga pošlje v digitalni elektronski sistem za kasnejšo obdelavo. Intenziteta odmeva omogoča določitev vrste vključenih padavin, prenos signala pa se uporablja za izračun razdalje med vremensko radarsko postajo in samimi padavinami.

Antena za vremensko radarsko sliko ima premer 4,2 m in se nenehno vrti na svoji osi (24 ur na dan, 365 dni na leto). Njena višina se spreminja v vsakem obratu, tako da lahko antena skenira valjasto prostornino atmosfere do 240 km širine in 18 km visoko. Pregleda tega volumna traja 5 minut. Po 20 vrtljajih na različnih višinah se antena vrne v začetni položaj in začne se nov cikel.

Signal, ki je razporejen nazaj proti anteni, je zajet, označen in obdelan za lažjo interpretacijo rezultatov signalov, ki jih je zapisal vremenski radar. Posebno pozornost je treba nameniti odpravi največje možne motnje, kot so odmevi, ki jih povzročajo bližnje gore.

Avtor: Marko Vidrih