Radar polarymetryczny
Rysunek 1: Symboliczne przedstawienie zasady działania radaru polarymetrycznego
Rysunek 1: Symboliczne przedstawienie zasady działania radaru polarymetrycznego
Rysunek 1: Symboliczne przedstawienie zasady działania radaru polarymetrycznego
Radar polarymetryczny
Odbicie różnicowe
Inną metodą wykrywania gradu jest wykorzystanie radar polarymetryczny. Radar emituje i odbiera fale spolaryzowane liniowo, szybko przełączając się z polaryzacji poziomej na pionową i z powrotem, z impulsu na impuls lub burst na burst impulsów.
Nowoczesne radary polarymetryczne, takie jak system METEOR 1500 produkowany przez firmę Gematronik, emitują jednocześnie w obu polaryzacjach. Sygnały odbierane na każdej polaryzacji nazywane są ZH i ZV i służą do obliczania różnicowego współczynnika odbicia ZDR. Przy umiarkowanych i silnych opadach deszczu krople deszczu są duże i spłaszczają się w trakcie opadania w spłaszczoną kulę. Z tego powodu sygnał odbity od kropel będzie silniejszy na polaryzacji poziomej niż na polaryzacji pionowej.
Stała dielektryczna lodu wynosi około 20% stałej dielektrycznej wody i dlatego kształt cząsteczek lodu ma znacznie mniejszy wpływ na odbicie. Ponadto cząstki lodu toczą się podczas opadu i ZDR będzie miał zmniejszoną wartość. Grad charakteryzuje się wysoką wartością ZH i niską wartością ZDR. Jeśli wartość ZDR jest podjednostkowa (lub ujemna, jeśli jest wyrażona w decybelach), jest oczywiste, że odbierane sygnały pochodzą od cząstek gradu. (Tylko one mogą spadać zorientowane pionowo - „na krawędzi”!).
Za pomocą radaru polarymetrycznego można również w pewnym stopniu określić wielkość kropel deszczu. Stosunek szerokości do wysokości kropel zależy w niewielkim stopniu od ich wielkości. Ważniejsza jest wartość współczynnika odbicia. Powyżej pewnej wartości współczynnika opadu krople deszczu będą miały określoną wielkość. Pomiar różnicy odbicia daje akceptowalny wynik.
Rysunek 2: Im większa kropla deszczu, tym bardziej jest zdeformowana i tym wyższa wartość ZDR
Współczynnik depolaryzacji liniowej
Jeżeli emitowana jest tylko polaryzacja pozioma, ale odbierane są obie polaryzacje, to pewna ilość energii, wynikająca ze zmiany polaryzacji (depolaryzacji) fali w wyniku odbicia, odbierana jest w kanale odbiorczym odpowiadającym polaryzacji pionowej. Stosunek mocy odbieranej w kanale o polaryzacji pionowej do mocy odbieranej w kanale o polaryzacji poziomej przy nadawaniu tylko na polaryzacji poziomej nazywany jest współczynnikiem depolaryzacji liniowej (LDR). LDR wyrażany jest zwykle w decybelach.
Dotychczas nie opracowano systemów radarów polarymetrycznych do bezpośredniego pomiaru wielkości cząstek gradu. Określają one jedynie zróżnicowaną refleksyjność ZDR i z różnic fazowych pomiędzy sygnałami spolaryzowanymi pionowo i poziomo wynika detekcja gradu. Intensywność opadu jest stosunkowo łatwa do określenia, ale radar nie jest w stanie określić, czy jest to duża ilość małych cząstek, czy tylko kilka dużych.
Schemat blokowy radaru polarymetrycznego
W tym przykładzie radaru polarymetrycznego sygnał emisyjny jest dzielony w mocy przez sprzęgacz -3dB na dwa sygnały o równej mocy. Te dwa sygnały są aplikowane do dwupolaryzacyjnego promiennika, są wypromieniowywane w przestrzeń jednocześnie, ale z różnymi polaryzacjami (poziomą i pionową).
Rysunek 3: Uproszczony schemat blokowy radaru polarymetrycznego
Rysunek 3: Uproszczony schemat blokowy radaru polarymetrycznego
Rysunek 3: Uproszczony schemat blokowy radaru polarymetrycznego
(Obraz interaktywny)
Za pomocą przełącznika można przełączyć emisję na pojedynczą polaryzację w celu pomiaru refleksyjności (sygnały o podzielonej mocy są sumowane). W tym przypadku również odbiór odbywa się na obu polaryzacjach, a oba odebrane sygnały są przetwarzane w procesorze.
Jest to jednak przydatne, ponieważ odbicie zmienia również polaryzację fal.