www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Noções básicas de radar

Absorção e atenuação

Figura 1: Absorção de uma onda eletromagnética pela atmosfera e seus componentes, ① chuva forte, ② neblina, nuvens, ③ chuva moderada, ④ molekulare Streuung

Atenuação
Frequência
① chuva forte
② neblina, nuvens
③ chuva moderada
④ dispersão molecular

Figura 1: Absorção de uma onda eletromagnética pela atmosfera e seus componentes.

Absorção e atenuação

Uma onda eletromagnética que passa pela atmosfera é parcialmente absorvida por seus componentes; essa absorção pode até ser total em alguns casos. A energia assim transferida para o meio absorvente causará vários efeitos, inclusive o aquecimento e a reemissão de parte da energia em um comprimento de onda diferente.

A absorção depende da frequência (inverso do comprimento de onda) usada. O oxigênio, o vapor de água e a precipitação têm uma frequência de ressonância que depende de suas dimensões. Quando o comprimento de onda usado é o mesmo que a frequência de ressonância dessas duas moléculas, uma grande proporção da energia do feixe é usada para fazê-las vibrar.

O gráfico mostra que a absorção varia de acordo com o meio de absorção. O oxigênio tem uma baixa taxa de absorção até que sua zona de ressonância seja encontrada acima de 60 GHz. A absorção do vapor de água é de cerca de 20 a 30 GHz. A absorção de água líquida é significativa abaixo de 10 GHz. Essa absorção relacionada à precipitação também depende de sua intensidade.

Portanto, a atenuação do sinal depende da frequência usada e do comprimento do caminho através do meio de absorção. Isso também pode variar de acordo com a temperatura do meio.

Figura 2: Atenuação na chuva para diferentes comprimentos de onda

Atenuação na chuva

Qualquer onda eletromagnética pode ser absorvida quando passa por qualquer meio porque excita as moléculas que o compõem. Isso pode remover alguns dos fótons e alterar o nível de energia do meio. O ar não é muito absorvente, mas as moléculas de água são. Quanto mais próximo o comprimento de onda da portadora do feixe de radar estiver do comprimento de onda das gotículas de água (0,1 a 7 milímetros), mais excitado será o dipolo dessas moléculas e mais a onda será atenuada pela precipitação encontrada.

Este diagrama mostra o efeito da chuva atenuando o sinal do radar em diferentes comprimentos de onda. O caso usado é o de uma tempestade com 20 quilômetros de diâmetro, cuja taxa de precipitação aumenta linearmente até o centro, a 100 mm/h, e depois diminui linearmente do outro lado.

A linha azul representa a curva teórica normalizada do sinal não atenuado que viaja para frente e para trás através da tempestade. A curva roxa é a observada com um radar usando a banda S (10 cm). As curvas seguintes, em amarelo e ciano, são o sinal de retorno dos radares de banda C (5 cm) e banda X (3 cm), respectivamente. A diferença com o sinal teórico torna-se cada vez maior à medida que o comprimento de onda diminui, devido à absorção de mais e mais energia pelas moléculas de água.

O diagrama também mostra que a atenuação varia de acordo com a taxa de precipitação: o feixe da banda X é totalmente absorvido a partir de 20 mm/h, o feixe da banda C a partir de 60 mm/h, mas a perda é insignificante para o feixe da banda S, mesmo no pico da precipitação.

Portanto, a atenuação é geralmente mínima na neve, mesmo para a banda X. Em chuva leve a moderada, a banda X é significativamente afetada, mas a banda C ainda é apenas ligeiramente afetada. Em chuva forte, por outro lado, apenas a banda S sofre uma perda mínima. É por esses motivos que os radares meteorológicos de banda S, mais caros, são usados em regiões onde ocorrem tempestades/chuvas intensas durante grande parte do ano: os trópicos, o sul dos Estados Unidos ou a Europa etc. Os radares de banda C são um bom compromisso para regiões temperadas onde os níveis de precipitação são geralmente baixos a moderados. Os radares de banda X são adequados apenas para uso em curto alcance devido à forte atenuação de seu sinal.

Leitura recomendada Recommendation ITU-R P.676-10 “Attenuation by atmospheric gases” (in Englischer Sprache)