Radar Temelleri

Polarimetrik Radar

Farksal Yansıtırlık

Doluyu belirlemek için kullanılan bir diğer yöntem, çiftli polarizasyon yöntemidir. Radar doğrusal polarizeli yüksek frekanslı işaretler yollar ve alır, ya bireysel darbeler- ya da darbe grupları arasında yatay ve dikey polarizasyonda birinden diğerine hızlıca geçiş yapar.

Hatta Gematronik firmasının üretimi Meteor 1500 gibi daha modern polarimetrik radarlar her iki polarizasyon yönünü eşzamanlı yollarlar. Alınan iki işaret Z_H ve Z_V olarak adlandırılır ve bunlardan farksal (differential) yansıtırlık yeteneği Z_DR hesaplanır. Orta kuvvetten şiddetli yağmura kadar olan yağmur türlerinde yağmur damlacıkları büyüktür ve yere doğru düşerken düzleşirler ve yassı bir küre biçimini alırlar. Diğer taraftan bu durum yatay polarizasyonda daha güçlü bir yankıya neden olur.

Katı buzun dielektrik katsayısı, suyun dielektrik katsayısının yaklaşık % 20 si dir ve bu nedenle doludaki parçacık biçiminin etkisi yağmura göre daha az olur. Fındık büyüklüğünde dolu taneleri kendi etrafında bir o yana, bir bu yana döne döne yere düşmeleri nedeniyle Z_DR değeri çok küçük kalır. Dolu için keza yüksek bir Z_H ve düşük bir Z_DR değeri karakteristiktir. Eğer doğrusal Z_DR değeri birden küçük ise (yani bir negatif desibel değerine sahipse) bu durum fındık büyüklüğünde dolu tanelerinin varlığına işaret eder. (Sonunda bunlar sadece bir „dikey” iniş yapabilirler!)

Polarimetrik bir radar ile su damlalarının büyüklüğü belli bir dereceye kadar ölçülebilir. Hidrometeorlar düşerken hafifçe düzleşirler. Hidrometeorların yükseklik ve genişlik oranı, hidrometeorların boyutuna biraz bağlıdır. Ancak, daha önemlisi, yansıtırlığın büyüklüğüdür. Metreküp başına bir belirli su miktarından itibaren, su damlalarının bir belli büyüklüğe ulaşması da gerekir. Eğer bu, farksal yansıtırlığa da uyuyorsa, o zaman sonuç anlamlı olur.

Resim 2: Yağmur damlaları ne kadar büyük olursa, şekli o kadar düzgün olur, Z_DR de o kadar büyük olur

Resim 2: Yağmur damlaları ne kadar büyük olursa, şekli o kadar düzgün olur, Z_DR de o kadar büyük olur

Doğrusal depolarizasyon oranı

Gönderim enerjisinin yatay polarize yayını sırasında, dikey polarize kanalın alıcısı kapanmaz ve alıcı, dikey düzlemde döndürülmüş (depolarize edilmiş) ışımanın yatay polarizeli kısmını alır. Yatay ışıma ve dikey polarizasyonlu alım yansıtırlılığının, karşılık gelen saf yatay polarize gönderim ve alımın logaritmik oranına Doğrusal Depolarizasyon Oranı (LDR) denir.

Küresel parçacıklar için, LDR teorik olarak −∞ a gider, ancak pratikte bu ancak −40 dB ye kadar ulaşır.

Maalesef, bilinen hiçbir polarimetrik radar, bir taş boyutundaki doluyu doğrudan ölçemez. Bunun dolu olduğunu, sadece Z_DR farksal yansıtırlığı ve alınan yatay ve dikey polarizeli işaret arasındaki ölçülebilir faz farkları ile belirleyebilir. Daha önce bu aynı radar ile ölçülen yankıların ve gerçekleşmiş yağış türleri ve -miktarları hakkında şimdiye kadarki deneyimlerin karşılaştırılması ile yağış nispeten güvenli belirlenebilir ve: bir belirli Z_DR kesinlikle dolu demektir! O zaman çok sayıda küçük ya da birkaç büyük taş biçiminde olsun, radar doluyu böyle doğrudan ölçemez.

Bir Polarimetrik Radarın Blok Şeması

Bu örnekte yer alan bir polarimetrik radarda gönderim enerjisi bir -3 dB lik bağlaştırıcı (coupler) üzerinden ikiye bölünerek bir çift kutuplu besleme boynuzuna (feed horn) eşzamanlı olarak farklı polarizasyonlarla yollanır.

Resim 1: Bir polarimetrik radarın blok şeması

Resim 3: Bir polarimetrik radarın blok şeması

Resim 3: Bir polarimetrik radarın blok şeması

Bir seçme anahtarı vasıtasıyla yalnızca bir polarizasyon düzlemine ait yansıtırlık ölçümleri (ancak iki kat güçte) yollanabilir. Keza, bu durumda her iki polarizasyon düzlemine ait veriler alınır ve her iki işarette işaret işlemcisinde değerlendirilir.

Bu çok kullanışlıdır, çünkü elektromanyetik dalgaların polarizasyon konumları, bir yağmur alanına girdiğinde kayabilir ve ardından yansıma meydana gelir.