Radar meteorológico

Un radar meteorológico, o radar meteo, es un tipo de radar usado en meteorología para localizar precipitaciones, calcular sus trayectorias y estimar sus tipos (lluvia, nieve, granizo, etc.). Además, los datos tridimensionales pueden analizarse para extraer la estructura de las tormentas y su potencial de trayectoria y de daño. Finalmente, los ecos de precipitaciones y de atmósfera clara del radar meteo permiten estimar la dirección y velocidad del viento en las zonas bajas de la atmósfera.

El "radar meteo" suele usarse junto con detectores de rayos, para ubicar la actividad mayor de una tormenta.

Radar meteo en Norman, Oklahoma, con domo anti-intemperie (NOAA)

Sin el domo, un disco de radar meteo WF44

Volumen escaneado usando ángulos de elevación múltiples: diagrama 3D ​​(de Google Sketch) con un patrón de radar de cobertura representativa. El área redondeada es el alcance máximo del sistema, el límite inferior se selecciona para evitar reflexiones en el suelo, y el área superior es el ángulo máximo, un factor del diseño de la antena.

Índice

1 Historia

2 Principios del radar en meteorología

2.1 Pulso en microonda electromagnética (orden del microsegundo)

2.2 Ecuación para un radar con blancos meteorológicos

3 Determinación de alturas

3.1 Tiempo de escucha receptiva (~ 1 ms)

3.2 Estrategia de escaneado

4 Tipos de datos

4.1 Reflectividad (en decibelios o dBZ)

4.1.1 Como leer reflectividad en un monitor de radar

4.1.2 Convenciones de aviación

4.2 Velocidad

4.2.1 Pares de pulsos

4.2.2 Dilema Doppler

4.2.3 Interpretación Doppler

4.3 Polarización

5 Tipos principales de "salidas" del radar

5.1 Indicador de Plan de Posición

5.2 Indicador de Plan de Posición de Altitud Constante

5.3 Composición vertical

5.4 Acumulaciones

5.5 Topes de ecos

5.6 Secciones eficaces verticales

5.7 Redes radáricas

5.8 Algoritmos automáticos

5.9 Animaciones

6 Limitaciones y defectos

6.1 Propagación anómala (atmósfera no estándar)

6.1.1 Super refracción

6.1.2 Baja refracción

6.2 Blancos invisibles (blancos no Rayleigh)

6.3 Volumen escaneado parcialmente lleno y Resolución

6.4 Geometría del haz

6.5 Blancos no meteorológicos

6.6 Parques eólicos

6.7 Atenuación

6.8 Bandas de brillo

6.9 Reflexiones múltiples

7 Soluciones de hoy y en el futuro

8 Características del "radar meteo" en el INTA Pergamino, Pergamino, provincia de Buenos Aires, Argentina

9 Características del "radar meteo" en São José dos Campos, San Pablo, Brasil

10 Aplicaciones especializadas

10.1 Radar meteo en la aviónica

11 Véase también

12 Galería

13 Referencias

14 Bibliografía

15 Enlaces externos

Historia

Imagen de radar con tecnología de 1960, detectando superceldas de tornados sobre el área metropolitana de Minneapolis-Saint Paul

Operadora de estación de trabajo de un radar meteorológico de diseño soviético, Neuhaus am Rennweg, RDA, 1988

En la Segunda Guerra Mundial, los operadores de radar notaban ruido en ecos de retorno debido a elementos meteorológicos (lluvia, nieve, cellisca, etc.)

Poco después del conflicto, los científicos militares volvían a la vida civil o continuaban en las Fuerzas Armadas, investigando el desarrollo de uso de aquellos ecos:

En EE.UU.: David Atlas,1 Fuerza Aérea de EE. UU., y el grupo que primero y más tarde lideró los primeros radares meteo MIT.

En Canadá : J.S. Marshall y R.H. Douglas forman el «Grupo de Tiempo Tormentoso»2 en Montreal. : Marshall y, el estudiante de doctorado, Walter Palmer son bien conocidos por su trabajo sobre el tamaño de gotas y su distribución en latitudes medias de la lluvia que fijan la relación lluvia - reflectividad al radar (relación Z-R)

En Gran Bretaña: continuaron los estudios de patrones de "ecos de radar y tiempo" (lluvias estratiformas, nubes convectivas, etc.) y experimentos evaluando el potencial de diferentes longitudes de onda de 1 a 10 cm

1953, Donald Staggs, ingeniero eléctrico trabajando para Illinois State Water Survey, realiza las primeras observaciones de radar de un "eco en cadena" asociado con una tormenta tornádica.3

Entre 1950 y 1980, los radares de reflectividad (que dan posición e intensidad de la lluvia) se construyeron por los Servicios Meteorológicos de países muy desarrollados. Los meteorólogos tenían que observar con tubo de rayos catódicos.

En los años 1970, los radares se estandarizan y se organizan en redes. Se desarrolla el primer artefacto para capturar imágenes de radar. El Nº de ángulos escaneados sube para obtener vistas tridimensionales de la lluvia, se mejoran los barridos horizontales (CAPPI) y verticales. Estudios de la organización de tormentas se hacen posible con el Proyecto Alberta Hail y el NSSL en EE.UU. El NSSL se crea en 1964, comenzando a experimentar sobre señales de polarización dual y en usos de Efecto Doppler (ver Radar Doppler

Entre 1980 y 2000, las redes de radares meteo son norma en Norteamérica, Europa, Japón y otros países desarrollados. Los radares convencionales son reemplazados por los Doppler para añadir información sobre velocidad. En EE.UU., desde 1988, la red son radares de longitud de onda de 1 dm, los NEXRAD ó WSR-88D

En Canadá, la "Environment Canada" construye la estación King City,4 con un radar Doppler de 5 cm, en 1985; y la Universidad McGill doppleriza ese radar (CWMN) en 1993. Así completa la Red Canadiense de Radares Meteo5 entre 1998 y 2004. Francia y otros países europeos cambian a redes Doppler a finales de los años 1990 y principios de los 2000

Red francesa de radares meteo

Se desarrollan computadoras para procesar los algoritmos de detección de signos de tiempo severo.

Después de 2000, la investigación de la polarización dual pasa al uso de información adicional para tipificar precipitaciones

Los Radares se actualizan hacia fines de los años 1990 en EE.UU, Francia,6 y Canadá

Desde 2003, NOAA experimenta con radar de fase, reemplazando las antenas convencionales parabólicas para dar más resolución temporal al ruido atmosférico. Esto podría ser muy importante en tormentas severas, dando su evolución con mejor evaluación de los datos temporales.

Principios del radar en meteorología

Pulso en microonda electromagnética (orden del microsegundo)

Trayectoria del haz y volumen escaneado

Los radares meteo son radares de pulso. El generador de microonda es usualmente un magnetrón ó un klistrón con 1 a 10 cm de ancho de banda. La onda es transmitida por una "guía de ondas" a una antena parabólica, y hacia el blanco.

Las longitudes de onda desde 1 a 10 cm son aproximadamente diez veces el diámetro de las gotitas de agua o partículas de hielo de interés, debido a la dispersión de Rayleigh que ocurre a esas frecuencias. Esto significa que parte de la energía de cada pulso rebote en esas pequeñas partículas, volviendo en la dirección de la estación de radar.7

Las longitudes de onda más cortas se usan útilmente para partículas más diminutas, pero la señal es más rápidamente atenuada. Así el radar de 1 dm en banda S es preferido pero es más caro que el sistema de 5 cm en banda C. El radar de 3 cm en banda X r se usa solo para propósitos en muy cortas distancias, y el radar meteo de 1 cm en banda Ka se usa solo para estudios en fenómenos de pequeñas partículas como niebla.7

A diferencia del radar de vuelo, el radar meteo tiene un blanco numeroso en volumen, haz del radar: \, {h r^2 \theta^2}(h ancho del pulso, r distancia al radar y \Theta

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