Radar meteorológico


El radar meteorológico , también llamado radar de vigilancia meteorológica ( WSR ) y radar meteorológico Doppler , es un tipo de radar que se utiliza para localizar la precipitación , calcular su movimiento y estimar su tipo (lluvia, nieve, granizo , etc.). Los radares meteorológicos modernos son en su mayoría radares Doppler de pulso , capaces de detectar el movimiento de las gotas de lluvia además de la intensidad de la precipitación. Ambos tipos de datos se pueden analizar para determinar la estructura de las tormentas y su potencial para causar un clima severo .

Durante la Segunda Guerra Mundial, los operadores de radar descubrieron que el clima estaba causando ecos en su pantalla, enmascarando posibles objetivos enemigos. Se desarrollaron técnicas para filtrarlos, pero los científicos comenzaron a estudiar el fenómeno. Poco después de la guerra, se utilizaron radares excedentes para detectar precipitaciones. Desde entonces, el radar meteorológico ha evolucionado por sí solo y ahora lo utilizan los servicios meteorológicos nacionales, los departamentos de investigación de las universidades y los departamentos meteorológicos de las estaciones de televisión . Las imágenes sin procesar se utilizan de forma rutinaria y el software especializado puede tomar datos de radar para hacer pronósticos a corto plazo de posiciones e intensidades futuras de lluvia, nieve, granizo y otros fenómenos meteorológicos. La salida del radar incluso se incorpora a la predicción meteorológica numérica modelos para mejorar análisis y pronósticos.

Durante la Segunda Guerra Mundial, los operadores de radares militares notaron ruido en los ecos devueltos debido a la lluvia, la nieve y el aguanieve . Después de la guerra, los científicos militares volvieron a la vida civil o continuaron en las Fuerzas Armadas y continuaron con su trabajo para desarrollar un uso para esos ecos. En los Estados Unidos, David Atlas [1], que trabajó primero para la Fuerza Aérea y luego para el MIT , desarrolló los primeros radares meteorológicos operativos. En Canadá, JS Marshall y RH Douglas formaron el "Stormy Weather Group" en Montreal. [2] [3] Marshall y su estudiante de doctorado Walter Palmer son bien conocidos por su trabajo en la distribución del tamaño de las gotas .en la lluvia de latitud media que llevó a la comprensión de la relación ZR, que correlaciona una reflectividad de radar dada con la velocidad a la que cae el agua de lluvia. En el Reino Unido, se prosiguió la investigación para estudiar los patrones de eco del radar y elementos meteorológicos como la lluvia estratiforme y las nubes convectivas , y se realizaron experimentos para evaluar el potencial de diferentes longitudes de onda de 1 a 10 centímetros. En 1950, la empresa británica EKCO estaba haciendo una demostración de su «equipo de radar de búsqueda de alerta de colisiones y nubes» aerotransportado. [4]

Entre 1950 y 1980, los servicios meteorológicos de todo el mundo incorporaron radares de reflectividad, que miden la posición y la intensidad de la precipitación. Los primeros meteorólogos tuvieron que vigilar un tubo de rayos catódicos . En 1953, Donald Staggs, un ingeniero eléctrico que trabajaba para el estudio del agua del estado de Illinois, hizo la primera observación de radar registrada de un " eco de gancho " asociado con una tormenta tornádica. [5]

El primer uso del radar meteorológico en la televisión en los Estados Unidos fue en septiembre de 1961. Cuando el huracán Carla se acercaba al estado de Texas, el reportero local Dan Rather , sospechando que el huracán era muy grande, hizo un viaje a la Oficina Meteorológica de EE. UU. WSR-57 sitio de radar en Galveston para tener una idea del tamaño de la tormenta. Convenció al personal de la oficina para que lo dejara transmitir en vivo desde su oficina y le pidió a un meteorólogo que le dibujara un bosquejo del Golfo de México.en una hoja de plástico transparente. Durante la transmisión, sostuvo esa superposición transparente sobre la pantalla de radar en blanco y negro de la computadora para darle a su audiencia una idea tanto del tamaño de Carla como de la ubicación del ojo de la tormenta. Esto convirtió a Rather en un nombre nacional y su informe ayudó a que la población alertada aceptara la evacuación de unas 350.000 personas por parte de las autoridades, que fue la evacuación más grande en la historia de Estados Unidos en ese momento. Solo 46 personas murieron gracias a la advertencia y se estimó que la evacuación salvó varios miles de vidas, ya que el huracán más pequeño de 1900 en Galveston había matado a unas 6000-12000 personas. [6]


Radar meteorológico en Norman, Oklahoma con rainshaft
Antena de radar meteorológico (WF44)
Radar meteorológico polarimétrico de banda C OU-PRIME de la Universidad de Oklahoma durante la construcción
Typhoon Cobra como se ve en la pantalla del radar de un barco en diciembre de 1944.
La tecnología de radar de la década de 1960 detectó un tornado que producía supercélulas sobre el área metropolitana de Minneapolis-Saint Paul .
NEXRAD en Dakota del Sur con una supercélula de fondo.
Un rayo de radar se extiende a medida que se aleja de la estación de radar, cubriendo un volumen cada vez mayor.
La trayectoria del rayo de radar con altura
Volumen escaneado mediante el uso de múltiples ángulos de elevación
Escala de colores NWS de reflectividades.
Ejemplo idealizado de salida Doppler. Las velocidades de aproximación están en azul y las velocidades en retroceso están en rojo. Observe la variación sinusoidal de velocidad cuando recorre la pantalla en un rango particular.
Rango máximo de reflectividad (rojo) y rango de velocidad Doppler inequívoco (azul) con frecuencia de repetición de pulso
Componente radial de los vientos reales al escanear 360 grados
Apuntar con polarización dual revelará la forma de la gota
Línea de tormenta vista en reflectividad (dBZ) en un PPI
Ángulos típicos escaneados en Canadá. Los zigzags representan los ángulos de datos utilizados para hacer CAPPI a 1,5 km y 4 km de altitud.
PPI base versus compuesto.
Acumulación de lluvia de 24 horas en el radar Val d'Irène en el este de Canadá. Observe las zonas sin datos en el este y suroeste provocadas por el bloqueo del rayo de radar desde las montañas.
Sección transversal vertical.
Imagen de un RHI.
Radar Berrimah en Darwin, Territorio del Norte de Australia
El cuadrado de esta imagen Doppler ha sido colocado automáticamente por el programa de radar para detectar la posición de un mesociclón . Observe el doblete de entrada / salida (azul / amarillo) con la línea de velocidad cero (gris) paralela al radial del radar (arriba a la derecha). Cabe mencionar que el cambio de dirección del viento aquí se produce en menos de 10 km.
Bucle de reflectividad PPI (en dBZ) que muestra la evolución de un huracán
Mapa de la presentación de RIDGE del tornado de Joplin 2011 . [40]
Perfil de vista de alta resolución de una tormenta (arriba) y por un radar meteorológico (abajo).
Una tormenta supercelular vista desde dos radares casi colocados. La imagen superior es de un TDWR y la inferior de un NEXRAD .
Distribución de energía idealizada de un rayo de radar (lóbulo central en 0 y lóbulos secundarios en cada lado)
Difracción mediante una rendija circular que simula la energía vista por los objetivos meteorológicos
Los ecos fuertes son retornos del pico central del radar de una serie de pequeñas colinas ( píxeles amarillos y rojos ). Los ecos más débiles a cada lado de ellos provienen de los lóbulos secundarios (azul y verde)
Reflectividad (izquierda) y velocidades radiales (derecha) al sureste de un radar meteorológico NEXRAD. Los ecos en círculos son de un parque eólico.
Ejemplo de fuerte atenuación cuando una línea de tormentas se mueve sobre (de imágenes de izquierda a derecha) un radar meteorológico de 5 cm de longitud de onda (flecha roja). Fuente: Environment Canada
CAPPI de 1,5 km de altitud en la parte superior con fuerte contaminación de la banda brillante (amarillos). El corte vertical en la parte inferior muestra que este fuerte retorno es solo por encima del suelo.
Imagen de radar de reflectividad con muchos ecos no meteorológicos.
La misma imagen pero limpiada usando las velocidades Doppler.
Radar meteorológico Phased Array en Norman, Oklahoma
Radar meteorológico Global Express con radomo hacia arriba
Nowcasting una línea de tormentas eléctricas desde el sistema AutoNowcaster
Imagen de radar NOAA NEXRAD de Park Forest, IL, caída de meteorito del 26 de marzo de 2003.