| Szukaj |
Zagrożenie!

Witaj! Nasza strona stosuje pliki cookies w celu świadczenia usług. Jeśli akceptujesz ciasteczka i nie chcesz, aby informacja pojawiała się ponownie kliknij zgadzam się.

Anomalie w wynikach pomiarów radarowych. Czym są spowodowane?

Radar dopplerowski to obecnie podstawowe narzędzie, którym posługuje się służba meteorologiczna na całym świecie. Jego dane są niezwykle cenne, zwłaszcza w przypadku występowania ekstremalnych zjawisk atmosferycznych. Dzięki temu mamy czas, aby odpowiednio zareagować oraz ostrzec mieszkańców w danym regionie przed zjawiskiem mogącym nieść ryzyko utraty mienia, a nawet życia.

Niestety, radar, tak jak inne urządzenia ma swoje ograniczenia. Objawiają się one pewnymi anomaliami widocznymi na mapach zbiorczych. Mowa np. o zjawisku jasnego pasma tzw. bright band, opisywanego przez nas we wcześniejszym artykule.

Zjawisko jasnego pasma. 11 sierpnia 2017 roku

Zjawisko jasnego pasma - bright band 11 sierpnia

Anomalie w wynikach pomiaru radarowego

Problemów jest znacznie więcej. Dość często się zdarza, że widzimy na danych radarowych opady deszczu, a w rzeczywistości nie pada lub odwrotnie - pada, a na mapie radarowej widnieje brak opadów. To samo dotyczy np. opadów śniegu. Nie raz się zdarzało, że z nieba lecą płatki śniegu, a na radarze jest „czysto”. Kolejną anomalią na mapach zbiorczych jest wskazywane występowanie opadów na znacznym obszarze kraju, a za chwilę część tych danych znika i pojawia się ponownie za kilkadziesiąt minut.

Dane radarowe IMGW wskazujące możliwe słabe opady. W rzeczywistości na ogół opadów nie notowano. 11 grudnia br. o godz. 14:50

Dane radarowe z opadami których nie ma

Radar pogodowy – dopplerowski

Radar meteorologiczny służy przede wszystkim do mierzenia intensywności opadów, ale jest również wykorzystywany do mierzenia prędkości wiatru w troposferze (w USA dzięki temu ostrzega się przed tornadami). W tym celu wysyła wiązkę fali, która następnie odbijając się od kropelek wody, kryształków lodu itp., w formie ech radarowych wraca do anteny radarowej. Intensywność tych ech (współczynnik odbicia) jest następnie mierzona w dBZ (decybelach). Należy jednak dodać, że wiązka fal radiowych jest rozsyłana pod różnym kątem względem nachylenia anteny.

Maksymalny dopuszczalny zasięg współczynnika odbicia wynosi do 230-250 km od lokalizacji radaru. Opady poza tym obszarem na mapie zbiorczej musi wskazać sąsiedni radar. Na to ograniczenie wpływa krzywizna Ziemi, która powoduje, że opady bardziej oddalone od radaru mogą po prostu nie znaleźć się w zakresie wysyłanej wiązki (teoria płaskiej Ziemi przy tym przykładzie upada). Na ogół najdokładniejsze wyniki pracy radaru można jednak uzyskać na obszarze od 5, do 150 km od jego anteny. Poza tą odległością wyniki pomiarów czasami mogą być zafałszowane, bądź opady znajdują się za wysoko lub za nisko względem wysyłanej fali radiowej.

Wpływ krzywizny Ziemi na wyniki pomiarów radarowych, pomiędzy radarami znajdującymi się w znacznej odległości od siebie

Wpływ krzywizny ziemi na pracę radarów dopplerowskich

Czym są spowodowane anomalie radarowe?

Jedną z podstawowych przyczyn jest odległość, bowiem intensywność echa maleje wraz ze wzrostem odległości od radaru. Wynika to z następujących faktów:

- Wiązka radaru rozszerza się wraz z odległością, zmniejszając w ten sposób proporcję wiązki, która jest wypełniona kroplami wody, kryształkami lodu itp. a to zmniejsza intensywność echa.

- Wiązka radaru oddala się od powierzchni wraz z odległością (częściowo z powodu krzywizny Ziemi oraz z faktu skierowania fal radiowych w górę), tym samym im dalej, tym coraz częściej brakuje dolnych danych z opadami.

- Pozioma wiązka radarowa wykrywa kropelki deszczu na wysokości 1 kilometra ponad powierzchnią Ziemi, w odległości 100 kilometrów od radaru.

- Wiązka mierząca dane na wysokości 3 kilometrów wykrywa krople deszczu znajdujące się do 200 kilometrów od radaru.

- Wiązka znajdująca się na wysokości około 7 kilometrów wykrywa opady w odległości 500 km od radaru.

- W odległości większej niż 200 kilometrów od radaru, szczególnie w zimie (opady z niskiego zachmurzenia, brak głębokiej konwekcji), chmury opadowe mogą znajdować się poniżej wiązki radaru, a zatem wiązka radarowa nie wykryje deszczu/śniegu. W rezultacie na obrazie radarowym nie zobaczymy opadów, mimo, że do powierzchni Ziemi będą docierały.

- Promień wiązki radarowej może nieznacznie stracić moc podczas przechodzenia przez bardzo ulewny deszcz. W ten sposób zmniejsza się intensywność echa w wizualizacji wyników. W związku z tym opady powstające w pewnej odległości od radaru mogą w ogóle nie być widoczne lub mogą wykazywać zmniejszoną intensywność.

- Obecność znaczących ech przy dużym zasięgu prawdopodobnie wskazuje na obecność dużych ilości deszczu na wysokich poziomach nad ziemią (np. opady pochodzenia burzowego). W tym przypadku echa radarowe będą prawdopodobnie odbiciami powodowanymi przez lód, a nie przez krople deszczu, gdzie związek między współczynnikiem odbicia i opadem jest inny.

Inne powody anomalii radarowej

- Góry w zasięgu radaru mogą zablokować część lub całość wiązki radaru, co znacznie zmniejsza intensywność echa z deszczem po drugiej stronie gór.

- Radar może czasami wykrywać słabe echa od celów nieopadowych, takich jak samolot, obszary dymu i popiołu z dużych pożarów, roje owadów, stada ptaków, a nawet powierzchni (gdy niezwykłe warunki atmosferyczne wyginają wiązkę radaru z powrotem na powierzchnię). Ponadto stałe echa powstają, gdy wiązka radaru odbija od ziemi budynki, zwykle w odległości około 20 kilometrów od strony radaru. Z kolei pasma górskie oddalone dalej mogą czasami również generować trwałe echa.

- W przypadku widocznych opadów w znacznej odległości od radaru, słabe echo niekoniecznie może oznaczać docierający opad do powierzchni. Lekki deszcz pod pewnymi warunkami może wyparować całkowicie przed dotarciem na powierzchnię.

- Intensywność mżawki dość często może być niedoszacowana z powodu braku dużych kropelek. Wynika to z odbicia radarowego, które jest silnie uzależnione od średnicy kropel deszczu w chmurze, a nie od natężenia opadów. Przykładem mogą być tropikalne opady deszczu składające się z bardzo wielu kropel o średnim rozmiarze, dzięki temu współczynnik odbicia jest znacznie mniejszy niż w przypadku podobnych opadów deszczu w obszarze kontynentalnym. W tym przypadku chmury deszczowe składają się zazwyczaj z bardzo dużych kropel, ale przeważnie suma opadów jest znacznie mniejsza.

- W niektórych okolicznościach radar może nie pokazywać prószącego śniegu. Wynika to z chmur śnieżnych, które mogą znajdować się stosunkowo nisko nad Ziemią. Wówczas wiązka radarowa może ich nie wykryć.

Najlepsza odległość dla pomiarów radarowych

Najdokładniejsze dane uzyskujemy z wiązek ech radarowych znajdujących się na wysokości 3000 metrów nad powierzchnią. Ze względu na krzywiznę Ziemi, optymalny zasięg fal radarowych wynosi, od 5 do 200 km dla tego poziomu. W odległości ponad 200 km radar wyświetla echa opadów z chmur na większej wysokości w atmosferze, a przez to obraz radaru może nie odzwierciedlać tego, co dzieje się na powierzchni ze względu na brak danych z warstwy atmosfery poniżej poziomu 3 km. Ponadto echa nie są wyświetlane bardzo blisko radaru, gdyż wiązka nie skanuje obszaru bezpośrednio nad anteną. Jest to powszechnie określane jako tzw. "stożek ciszy".

Optymalny zasięg pracy radaru dopplerowskiego

Optymalny zasięg radaru dopplerowskiego

Dlaczego obszary rozległego deszczu czasami pojawiają się i znikają na mapie zbiorczej?

Prezentowane obrazy radarowe na wielu stronach internetowych, zazwyczaj zawierają dane z co najmniej kilku radarów nałożonych na jedną mapę zbiorczą. Na ogół sieć radarów jest wystarczająca, dlatego pokrywają cały obszar danego kraju. Niekiedy zdarzają się jednak przypadki niewystarczającej liczby radarów, wówczas na wskazanym obszarze danych nie ma lub wyniki są zafałszowane przez wiele czynników, jak choćby docierania w ten obszar wysokich wiązek z oddalonych radarów. Ponadto w skrajnych przypadkach, zwłaszcza w czasie ekstremalnych zjawisk atmosferycznych zdarzają się przerwy w dostawie energii elektrycznej lub uszkodzenia radaru, co może skutkować okresowym brakiem danych na mapie zbiorczej w rejonie zasięgu danego radaru.

Z powodów opisanych powyżej, interpretacja obrazów radarowych w rozszerzonych zakresach może być trudna i należy zachować dużą ostrożność podczas korzystania i prezentowania tych danych.

Opracowanie DobraPogoda24.pl Dane: IMGW, radar-opadów, Bureau of Meteorology

Komentarze
Krzysztof Markowicz

To klasyczny przykład pomiaru teledetekcyjnego, który poza oczywistymi zaletami ma wiele poważnych problemów. Mało jednak kto tym się przejmuje, w szczególności jeśli nie przestudiował fizycznej teorii radaru i równań matematycznych...

16 grudzień 2017 - 14:58
Roman

Bardzo wartościowy artykuł. Dziękuje!

16 grudzień 2017 - 20:15
Wyślij komentarz