Meteorološki radari

Savremeni meteorološki radar je nezamjenjivo sredstvo u osmatranju, mjerenju i proučavanju dinamike vazdušnih sistema, a posebno jake konvektivne oblačnosti koja se širom naše planete permanentno izučava.
Princip rada radara zasniva se na zakonitostima širenja elektromagnetnih talasa u prostoru i njihovo odbijanje o predmete koji im se nalaze na putu. Elektromagnetne talase su proučavali mnogi naučnici. „Faradej“ (1791-1861.) je 1831. godine otkrio zakone elektro-magnetne indukcije. „Dž.K.Maksvel“ (1831-1879.) je 60-ih godina XIX vijeka dao matematičku teoriju elektro-magnetnih pojava. Pomenutu teoriju je eksperimentalno dokazao „Henrih Herc“ (1857-1894.). „A.S.Popov“ (1859-1905.) je napravio šemu prvog radio – prijemnika 1895. godine. Sledeće godine je demonstrirao prijem radio signala sa udaljenosti 250 m, a 1897. godine sa udaljenosti od 5 km. Kasnije 30-ih godina 20.vijeka „Ser Robert Watson – Wat“ konstruiše napravu „RDF-1 (Radio direction finding)“ sistem za otkrivanje kasnije poznat kao radar. Nakon Drugog svjetskog rata pomenuti uređaj je našao primjenu i u meteorologiji. 
Primjena radara u meteorologiji se zasniva na svojstvu odbijanja radio talasa od krupnih vodenih kapi i ledenih čestica koje se nalaze u oblaku ili u zoni sa padavinama.

• Samo radarima mogu se dobro izmjeriti meteorološki procesi u malim zapreminama atmosfere, odnosno, savremene tehnike obrade signala omogućuju dovoljno tačne informacije o padavinama i strujanjima. Radar je, takođe, jedino sredstvo pomoću koga se može vidjeti unutrašnjost oblaka. Na ovaj način se ulazi u mikrostrukturu vazdušnih masa i u oblastima sistema mogu se detektovati vrlo mali poremećaji koji na kraju mogu da izazovu nastajanje različitih meteoroloških pojava. Izuzetno je važno reći da je izdavanje informacija iz atmosfere i vremenski kratko, odnosno, za maksimum 5 minuta radarski operator ima kompletan set meteoroloških podataka iz djela atmosfere koju istražuje. Meteorološki radar saopštava dvije osnovne grupe informacija i to prvu o padavinama i drugu o vazdušnim strujanjima. 
  Iz ovakvih informacija rezultati obrade daju sljedeće informacije i mogućnosti :
  Otkrivanje i praćenje frontalne zone, linije nestabilnosti i drugih te njihov daljnji razvoj i premještanje.
  Osmatranje i detaljno proučavanje konvektivnih procesa, posebno jakih pojedinačnih olujnih ćelija.
  Primjena radarskih sistema za potrebe modifikacije vremena posebno u sprječavanju grada i stimulaciji padavina.
  Detektovanje i najava svih atmosfetskih padavina, sa tačnim vremenima početka i trajanja. Osmatranje meteorološke situacije na određenom području ili iznad određene tačke u prostoru, od posebne važnosti za savremenu poljoprivrednu proizvodnju.
  Detektovanje i rano upozorenje na sve opasne meteorološke pojave: oluje, jake pljuskove, jaka električna pražnjenja, grad, intenzivno padanje snijega.
  Mjerenje intenziteta padavina za potrebe hidrologije po pojedinim slivovima ili područjima, a za određeni period određivanje akumulacije padavina sa tačno izračunatom količinom u milimetrima.
  Mjerenje radijalne komponente vektora vjetra u svakoj tački prostora i izračunavanje tačnog intenziteta i smjera vektora vjetra kombinacijom bar tri radijalne vrijednosti dobijene sa tri lokacije.
  Detektovanje zona konvergencije, divergencije i turbulencije u čitavom osmatranom prostoru i po slobodno izabranim visinama.
  Mjerenje smicanja vjetra duž zadatih pravaca je izuzetno važan rezultat za aerodromske zone.
  Vizualizacija aktuelne meteorološke situacije kod aerodromskih meteoroloških službi i mogućnost pilotima za pripremu pravilnog plana leta ka krajnjim relacijama.

U meteorologiji se danas najčešće primjenjuju tri osnovne vrste radara zavisno od radnog frekvencijskog područja rada. S-band (f=2000-3000Mhz), C-band(f=5000-6000Mhz), X-band (f=8000-12000Mhz) radari.
Svako frekvencijsko područje ima svoje pogodnosti i nedostatke u korištenju. Radar u „S“ području ima veću prodornost kroz oblake i veću predajnu snagu te je posebno pogodan za mjerenje intenziteta padavina do 120 km otkrivanje i mjerenje intenziteta jezgri olujnih oblaka do 240 km i informaciju o naoblaci do 400 km. Zbog frekvencijskih karakteristika i veće širine snopa ima manju tačnost (rezoluciju) i nepogodniji je za otkrivanje manjih dimenzija i manjeg intenziteta naoblake. Pogodni su za odbranu od grada. Radari u „C“ području frekvencija imaju veću tačnost i omogućuju otkrivanje oblaka manjeg itenziteta, ali zbog jačeg gušenja signala u olujnim nevremenima naglo im se smanjuje efektivni domet tako da u jakim olujama ne može otkriti treći u nizu oblak, niti pouzdano mjeriti itenzitet jakih padavina na većim daljinama. Pogodni su za meteorološku primjenu. Radari u „X“ području frekvencija imaju veliku tačnost i omogućavaju otkrivanje oblaka i padavina vrlo malog intenziteta ali zbog velikog gušenja signala naglo im se smanjuje efektivni domet tako da u jakim kišnim oblacima ne može pouzdano mjeriti intenzitet padavina na većim daljinama. Pogodni su za vremensku kontrolu na aerodromima. Dodatnom softverskom doradom radarskih signala može se djelimično izvršiti kompenzacija razlika u radarskom prijemnom signalu između frekvencijskih područja „C“ i „S“-banda.

Do rezultata za različita frekventna područja došlo se nakon niza eksperimenata. U Americi , tačnije saveznoj državi Kolorado, su, naprimjer, zbog potreba zaštite od grada ispitivani radari, u periodu 1970. i 1973. godine, talasnih dužina 10 i 3,2 cm. U zoni ispitivanja od 7500 km² ispitivanja su vršena u periodima od 1. juna do 15. avgusta i tada je ustanovljeno da su za potrebe zaštite od grada najpogodniji radari talasne dužine 10 cm, S-banda. Za njih je najveća reflektivnost oblaka bila između izoterme -4˚C i -30˚C. 
Savremeni radari imaju ugrađen dopler prijemnik za mjerenje brzine i smjera vjetra unutar oblaka i turbulencija u atmosferi do 120 km. Doplerov efekat je pojava koja se javlja ako se izvor zračenja frekvencije f (cilj) premješta u odnosu na prijemnik usljed čega ovaj prima signal s frekvencijom pomjerenom u odnosu na frekvenciju f. 
Danas savremeni radari vrše digitalizaciju prijemnog signala i imaju pokazivače u boji, ali se koriste i stariji koje je takođe moguće modifikovati na ovu mogućnost. Reflektirani signali od meteoroloških volumnih ciljeva u kojima su prisutne kapljice vode ili kristali leda i koje primi antena preko sklopke šalju se u prijemnik s kojeg se odvode na tri tipa pokazivača, i to panoramski (PPI), amplitudni (I) i pokazivač vertikalnog razvoja (RHI). Korištenje automatizovanog radara za prepoznavanje potencijalno gradonosnih oblaka je jedan od glavnih preduslova za uspješnu zaštitu od grada i istraživanja.

LITERATURA I IZVORI

1. C. Donald Ahrens, Meteorology today: an introduction to weather, climate, and the environment, Thomson Learning Academic Resource Center, Belmont, 2007.
2. Guy G.Goyer, The joint hail research project-summer 1970, National center for atmospheric research Boulder, Colorado, Boulder,1971.
3. L.Dž.Battan, Radiolokacionnaя meteorologiя, Gidrometeorologičeskoe izdatelьstvo, Leningrad,1970.
4. Tomislav Kovačić dipl.inž., Naputak za radarsko praćenje cumulonimbusa i određivanje područja zasijavanja radi odbrane od tuče, Državni hidrometeorološki zavod RH, Odsjek za odbranu od tuče, Zagreb,1999.
5. Ljerka Opra dipl.fiz., Operativni metod radarske identifikacije i vještačkog djelovanja na gradonosne oblake, RHMZ SR Srbije, Beograd,1972.
6. Radonjić Živorad dipl.met., Instrukcija M-15/83 Metodi radarske identifikacije i zasejavanja jednoćelijskih, višećelijskih i superćelijskih gardonosnih procesa,RHMZ SR Srbije, Beograd,1983
7. V.V.Vasvin,B.P.Stepanov, Zadačnik po radiolokacii, Izdavatelьstvo, Moskva, 1969.
8. G.M.Vaisman, Ю.S.Verle, Osnovы radiotehnikii radiosistemы v gidrometeorologii, Gidrometeoizdat, Leningrad,1970.
9. Dušan Bižić dipl.inž., Naputak 1/85 – mjerenje Cb oblaka radarom, RHMZ SR Hrvatske,Zagreb,1985.