Doppler Radar
 
 
Het meest effectieve hulpmiddel om neerslag te detecteren is radar. Radar, wat staat voor RAdio Detection And Ranging, wordt sinds de jaren 40 gebruikt om neerslag, en vooral onweer, te detecteren. Dankzij radarverbeteringen kunnen NWS-voorspellers stormen nauwkeuriger onderzoeken.

De radar die door de National Weather Service wordt gebruikt, wordt de
WSR-88D genoemd, wat staat voor Weather Surveillance Radar - 1988 Doppler (het prototype-radar werd gebouwd in 1988).

Zoals de naam al doet vermoeden, is de WSR-88D een Doppler-radar, wat betekent dat hij bewegingen naar of van de radar kan detecteren, evenals de locatie van neerslaggebieden

Dit vermogen om beweging te detecteren heeft het vermogen van de meteoroloog aanzienlijk verbeterd om in onweersbuien te kijken en te
bepalen of er rotatie in de wolk is, vaak een voorloper van de ontwikkeling
van tornado's.
 
The Weather Surveillance Radar (WSR) - 88D 
 
Hoe werkt een doppler radar
 
De basis van radars is dat een energiestraal, radiogolven genaamd, wordt uitgezonden door een antenne. Als ze objecten in de atmosfeer raken, wordt de energie in alle richtingen verstrooid, waarbij een deel van de energie direct naar de radar wordt teruggekaatst. Hoe groter het object,
hoe groter de hoeveelheid energie die wordt teruggegeven aan de radar. Dat geeft ons de mogelijkheid om regendruppels in de atmosfeer te "zien". Bovendien is de tijd die nodig is om de energiestraal te verzenden en terug te sturen naar de radar ook de afstand tot dat object.
 
De radarpuls wordt gereflecteerd door een waterdruppel,
het gereflecteerde signaal wordt door de radar opgevangen. Bron: NOAA
 
een radarbundel die de hemel aftast op
zoek naar neerslaggebieden.
 
Door hun ontwerp kunnen Doppler-radarsystemen informatie verschaffen over zowel de beweging van doelen als hun positie. Wanneer de WSR-88D pulsen van radiogolven uitzendt, houdt het systeem de fase (vorm, positie en vorm) van die pulsen bij.
 
Door de faseverschuiving (of verandering) tussen een uitgezonden puls en een ontvangen echo te meten, wordt de beweging van het doel direct
naar of weg van de radar berekend. Dit levert dan een snelheid op in de richting waarin de radar wijst, de radiale snelheid genoemd. Een positieve faseverschuiving impliceert beweging in de richting van de radar en een negatieve verschuiving geeft beweging weg van de radar.
 
Het faseverschuivingseffect is vergelijkbaar met de "Dopplerverschuiving" die wordt waargenomen bij geluidsgolven. Met de "Dopplerverschuiving" is de toonhoogte van een object dat naar uw locatie beweegt hoger als gevolg van compressie (een verandering in de fase) van geluidsgolven. Als een object zich van uw locatie verwijdert, worden geluidsgolven uitgerekt, wat resulteert in een lagere frequentie. Dit effect heb je vast wel eens gehoord van een hulpverleningsvoertuig of trein. Als het voertuig of de trein je locatie passeert, gaat de toon van de sirene of het fluitje naar beneden als het object voorbij komt
 
Doppler-radarpulsen hebben een gemiddeld zendvermogen van ongeveer 450.000 watt. Ter vergelijking: een typische magnetron voor thuis zal ongeveer 1.000 watt aan energie genereren. Toch duurt elke puls slechts ongeveer 0,0000157 seconden, met een "luisterperiode" van 0,000099843-seconden ertussen. Daarom is de totale tijd dat de radar daadwerkelijk een signaal uitzendt (wanneer de transmissieduur van alle pulsen, elk uur, bij elkaar wordt opgeteld), de radar iets meer dan 7 seconden per uur zendt. De resterende 59 minuten en 53 seconden worden besteed aan het luisteren naar teruggestuurde signalen.
 
De NWS Doppler-radar maakt gebruik van scanstrategieën waarbij de antenne tijdens het roteren automatisch omhoog gaat naar steeds hogere vooraf ingestelde hoeken, elevatieschijven genoemd. Deze hoogteschijven omvatten een volumedekkingspatroon (VCP). Zodra de radar door alle hoogtesegmenten zwaait, is een volumescan voltooid. In de neerslagmodus voltooit de radar elke 4-6 minuten een volumescan, afhankelijk van
welk volumedekkingspatroon (VCP) actief is, waardoor een driedimensionale kijk op de atmosfeer rond de radarlocatie wordt verkregen.
 
Dubbele polarisatie 
 
Een aanvulling op de NWS Doppler-radar is de dubbele polarisatie van de radarpuls. De "dual-pol"-upgrade omvatte nieuwe software en een hardwarebevestiging aan de radarschotel die een veel informatiever tweedimensionaal beeld oplevert. Een Dual-pol-radar helpt NWS-voorspellers
om regen, hagel, sneeuw, de regen-/sneeuwlijn en ijspellets duidelijk te identificeren, waardoor de voorspellingen voor alle weersomstandigheden worden verbeterd.
 
Deze twee afbeeldingen laten zien hoe dual-polarisatie de NWS-voorspeller helpt een tornado te detecteren die schade veroorzaakt. De linkerafbeelding laat zien hoe de Doppler-radar rotatie kan detecteren. Tussen de twee gele pijlen geeft de rode kleur de uitgaande wind aan, terwijl de groene kleuren de inkomende wind aangeven ten opzichte van de locatie van de radar.
Voorafgaand aan dual-polarisatie was dit alles wat we wisten dat er een rotatie is nabij het aardoppervlak. Tenzij er stormspotters zichtbaar waren die naar de storm keken, zouden we niet zeker weten dat er een tornado aanwezig was.
De rechter afbeelding laat zien hoe informatie met dubbele polarisatie helpt bij het detecteren van puin dat door de tornado is opgepikt, dus we hebben vertrouwen in een tornado aangezien deze twee gebieden samenvallen.

 
 
Radarbeelden: Reflectievermogen  
 
Reflectievermogen beelden zijn precies zoals ze klinken, omdat ze een beeld van het weer schetsen van de energie die wordt teruggekaatst naar de radar. Reflectievermogen beelden zijn de overgrote meerderheid van radarbeelden die u ook op televisie zult zien. Er zijn twee soorten beschikbaar op internet; Basis reflectievermogen (½ ° hoogte) en samengestelde reflectiviteit.  
 
Basis reflectievermogen    
Gebaseerd op de scan met de laagste (½ °) hoogte, is de basisreflectie uitstekend voor het onderzoeken van neerslag in het gebied rond de radar.
Deze afbeelding (rechts) is een voorbeeld van een basis reflectievermogen van de Doppler-radar in Frederick, OK. De radar bevindt zich in het
midden van de afbeelding.
 
 
De kleuren vertegenwoordigen de kracht van de teruggestuurde energie naar de radar, uitgedrukt in decibelwaarden (dBZ). De kleurenschaal bevindt zich rechtsonder op elke afbeelding. Naarmate de dBZ-waarden toenemen, neemt ook de intensiteit van de regenval toe. Waarde van 20 dBZ is typisch het punt waarop lichte regen begint. De waarden van 60 tot 65 dBZ zijn ongeveer het niveau waarop hagel met een diameter van 2,5 cm
kan voorkomen. Een waarde van 60 tot 65 dBZ betekent echter niet dat er op die locatie zwaar weer optreedt.
 
dBZ Rain Rate
(in/hr)
Rain Rate
(mm/hr)
Intensiteit 
65  16  420+   Extreem / Grote hagelstenen 
60 8.00 205  Extreme regen met matige  hagel 
55 4.00 100  Zeer zware regen met kleine
 hagel 
50 1.90 47  Zware regenval 
45  0.92  24   Matige tot zware  regenval
40  0.45  12   Matige regenval 
35  0.22  6  Lichte tot matige regenval 
30  0.10   Lichte regen 
25  0.05   Motregen tot lichte regen 
20  0.02 0.6   Motregen 
15  0.01 0.3   Mist 
10  < 0.01  0.15   Lichte nevel 
< 0.01  0.07   Nauwelijks merkbaar 
 
Een basisreflectiviteitsbeeld dat neerslag aangeeft.
 
Er kunnen zware weersomstandigheden optreden met waarden lager (of hoger) dan 60 tot 65 dBZ als gevolg van:
 
- Hagel die totaal bevroren is (zonder een dun laagje water aan de oppervlakte). "Droge hagel" is een zeer slechte reflector van energie en kan
  leiden tot een onderschatting van de intensiteit van een storm.
- Atmosferische omstandigheden zoals leidingen. Wanneer ducting optreedt, wordt de radarstraal gebroken in de grond (wat wijst op sterkere
  stormen dan wat er feitelijk gebeurt). Een slechter geval is echter wanneer subbreking optreedt en de straal de meest intense gebieden van
  stormen overschrijdt (wat duidt op zwakkere stormen dan wat er feitelijk gebeurt).
- Doppler-radars die uit de kalibratie raken. De radar kan "heet" worden (wat wijst op sterkere stormen dan wat er feitelijk gebeurt)
  of "koud" (wat wijst op zwakkere stormen dan wat er feitelijk gebeurt).
- De radarstraal spreidt zich uit met de afstand, wat betekent dat het meest intense deel van de gereflecteerde terugkeer van de storm zal worden
  gemiddeld met de zwakkere delen, wat leidt tot een algehele indruk van lagere intensiteit.
- De radarbundel neemt in hoogte toe naarmate de afstand tot de radar groter wordt.  
 
Bij toenemende afstand kijkt de radar steeds hoger bij buien en
kan de straal de meest actieve delen niet zien.
 
The Weather Surveillance Radar
(WSR) - 88D 
 
Samengestelde reflectiviteit 
Wanneer alle resultaten van alle hoogtescans zijn gecompileerd, wordt een afbeelding gemaakt die de hoogste dBZ-waarde van alle hoogten aanneemt, de zogenaamde Composite Reflectivity. Het is een beeld van het sterkste rendement van alle hoogten. In vergelijking met basisreflectiviteit kan de composietreflectiviteit belangrijke kenmerken van de stormstructuur en intensiteitstrends van stormen onthullen.
Dit is belangrijk omdat tijdens de ontwikkeling van sterke tot zware onweersbuien vaak regenvrije gebieden (of gebieden met lichte regen) ontstaan ​​als gevolg van sterke opwaartse stromingen.
 
Maar omdat het vereist dat alle hoogtescans worden voltooid, is de basisreflectiviteit de laatste afbeelding die in elke volumescan wordt gemaakt,
in tegenstelling tot de basisreflectiviteit die het eerste beeld is dat wordt gemaakt. Daarin ligt een belangrijk punt bij het bekijken van samengestelde reflectiviteitsbeelden; controleer altijd de tijd van de afbeelding. Vaak zullen het basisreflectiviteitsbeeld en het samengestelde reflectiviteitsbeeld niet dezelfde tijd hebben waarbij het basisreflectiviteitsbeeld het meest recente is.
 
In vergelijking met basisreflectiviteit kan de composietreflectiviteit belangrijke kenmerken van de stormstructuur en intensiteitstrends van stormen onthullen. Dit is belangrijk omdat tijdens de ontwikkeling van sterke tot zware onweersbuien vaak regenvrije gebieden (of gebieden met lichte regen) ontstaan ​​als gevolg van sterke opwaartse stromingen.
 
In de lus (rechts) verandert het in het basisreflectiviteitsbeeld van hetzelfde moment als het samengestelde aanzicht. Het eerste dat opvalt aan het samengestelde beeld is dat er veel meer "groene" kleur is in de buurt van de radar, die zich in het midden bevindt.
 
Wanneer scaninformatie op grotere hoogte wordt opgenomen in de composietreflectiviteit, lijkt dit te wijzen op meer verspreide regen. Het basisreflectiviteitsbeeld laat die regen echter niet zien, dus het bereikt waarschijnlijk niet de grond, maar verdampt als het van zeer hoog in de atmosfeer valt.
 
Bewijs van zeer sterke opwaartse stroming (leidend tot de mogelijkheid van zwaar weer) kan worden gezien bij het vergelijken van de twee afbeeldingen. Bij nr. 1 ontbreekt het fuchsiakleurige gebied, dat zichtbaar is op de samengestelde afbeelding, vrijwel niet op de basisreflectiviteit.
 
Onthoud het oude gezegde "Wat omhoog gaat, moet omlaag komen", met behulp van de kleurenschaal, dit gebied is 65 dBZ op het samengestelde beeld. Het is een punt van zorg aangezien dit waarschijnlijk hagel is die nog moet vallen. Een deel of de meeste hagel kan smelten voordat het de grond bereikt, maar op zijn minst kan er in de buurt van deze locatie intense, verblindende regen vallen.
 
 
De inkepingen, bij #2 en #3, laten meer regen zien, ondersteund door sterke opwaartse stromingen. Die locaties vereisen extra ondervraging om vast te stellen wat er op deze locaties gebeurt, wat voortkomt uit de snelheidsproducten. Een andere waarschuwing is dat vanwege de tijd die nodig is om een beeld te produceren en te verzenden, alle radarbeelden laten zien wat er is gebeurd en NIET NOODZAKELIJK WAT ER gebeurt.
 
Radar beelden: Snelheid 
 
Wat de Doppler-radar onderscheidde van de NWS-radars van de vorige generatie, is het vermogen om beweging te detecteren. De beweging die het ziet, zijn voornamelijk regendruppels die door de wind worden meegevoerd, maar kunnen ook bewegingen van insecten, vogels en rookdeeltjes detecteren. De enige beweging die het kan "zien", wordt echter radiale snelheid genoemd. Deze beweging is NIET de richting van de wind, maar het
deel van de windbeweging dat rechtstreeks naar of van de radar af beweegt.
 
 
De beweging van de wind ten opzichte van de radar is opgesplitst in twee componenten: 
1: de beweging loodrecht op de radarbundel
2: de beweging langs die radiale (ofwel direct naar of weg van de radar)  
 
In de afbeelding rechts beweegt de wind van zuid naar noord (aangegeven door de zwarte pijlen). Ten noorden van de radar (rode schaduw) beweegt de wind weg van de radar.
Terwijl de radar van positie 1 naar positie 2 zwaait, wordt de straal meer en meer in lijn met
de algehele windstroom.
 
 
Terwijl hij dat doet, "ziet" de radar een toename van de radiale snelheid weg van de radar. Op positie 2 is de radiale snelheid gelijk aan de totale windsnelheid. Als de radar dan naar positie 3 zwaait, begint de radiale snelheid af te nemen  
 
Op positie 4 (en 8) waait de wind loodrecht op de radarbundel. Aangezien er geen beweging naar (of weg) van de radar is, "ziet" het geen beweging. De wind IS echter NIET kalm op deze punten aangezien het nog steeds uit het zuiden waait. Dit is slechts het gebied van nul radiale snelheid.  Posities 5, 6 en 7, in de groene arcering, zijn als 1, 2 en 3 in de rode arcering, behalve dat de wind naar de radar beweegt.
 
Diverse radiale snelheden geassocieerd met een zuidenwind. Geel is de richting waarin de radar wijst. Zwarte pijlen geven de windrichting weer en de lengte geeft de windsnelheid weer. De lengtes van de blauwe pijl vertegenwoordigen de snelheid die de radar in die richting "ziet".
 
De grootste radiale snelheid bevindt zich op positie 6 waar de wind direct op de radar waait. Deze waargenomen radiale bewegingen zijn vectoren, wat betekent dat de lengte van de pijlen de snelheid van de wind aangeeft; hoe langer de pijl, hoe hoger de snelheid.  
 
Deze waargenomen radiale bewegingen zijn vectoren, wat betekent dat de lengte van de pijlen de windsnelheid aangeeft; hoe langer de pijl, hoe sneller de snelheid. De Doppler-radar berekent een snelheidsbasis op basis van de lengte van deze vectoren en creëert een kleurgecodeerde afbeelding voor weergave. In deze snelheidsgrafieken geven rode kleuren aan dat wind van de radar af beweegt, terwijl groene kleuren aangeven
dat wind naar de radar toe beweegt. Hoe helderder de rode en groene tinten, hoe groter de radiale snelheid en hoe beter de werkelijke windsnelheid wordt weergegeven. De NWS biedt twee snelheidsbeelden: basissnelheid en relatieve stormbeweging.
 
Basissnelheid   
Basissnelheid, zoals basisreflectiviteit, geeft een beeld van het basiswindveld van de laagste (½°) hoogtescan. Maar om de wind te zien, moet er radar "terug" zijn voordat de radar de snelheid kan bepalen. In deze vergelijking (rechts) tussen de basissnelheid en de basisreflectiviteit, zul je merken dat er nauwelijks snelheidsinformatie is buiten de neerslaggebieden. Maar met neerslag is de basissnelheid handig voor het bepalen van gebieden met sterke wind door downbursts of het detecteren van de snelheid van koude fronten.
 
Onthoud dat de hoogte van de radarstraal toeneemt met toenemende afstand tot de radar. Daarom zal de gerapporteerde waarde zijn voor toenemende hoogten boven het aardoppervlak. Weet ook WAAR de radar zich in de afbeelding bevindt. De radiale snelheidskleuren hebben alleen
een juiste betekenis als je weet hoe het waait ten opzichte van de locatie van de radar. Uitgaande winden (rode kleuren) op de ene radar kunnen inkomende winden (groene kleuren) zijn op een aangrenzende radar. Als de radar de inkomende of uitgaande lijn niet kan bepalen (de zogenaamde range-folding), schildert hij de wind in paars.
 
Basissnelheid en basisreflectie
 
Een lus van de basisreflectie, Basissnelheid en Buienbeweging-beelden om de storm op nummer 2 te helpen onderzoeken.
 
Relatieve buien beweging   
Bij het zoeken naar rotatie in onweersbuien (proberen we te bepalen of er een tornado is) kan de algehele beweging van de storm elke stormcirculatie maskeren, zoals te zien is in een Basis snelheidsafbeelding. Als de algehele beweging van de stormen wordt afgetrokken van de snelheid, zal de windcirculatie ten opzichte van de storm zelf duidelijker worden.

Het Storm Relative Motion-beeld doet precies dat. Het is een afbeelding van de windcirculatie rond een storm wanneer de algehele beweging van de storm wordt afgetrokken. In feite is wat te zien is de beweging van de wind alsof de storm stilstaat. Net als voorheen ziet de radar alleen de radiale snelheid. Voor kleinschalige onweersbuien, waaruit vaak tornado's ontstaan, wordt dit meestal aangegeven door sterke inkomende wind die zich naast sterke uitgaande wind bevindt ten opzichte van de radar.

Als je naar Storm Relative Motion kijkt, is het heel erg belangrijk om te weten waar de radar zich bevindt. Tornadische circulaties zijn cyclonisch (tegen de klok in). Dus aangrenzende rode en groene kleuren moeten aan de goede kant staan om te bepalen of er een mogelijke tornado kenmerken zijn. De lus (rechts) toont de vergelijking van de basissnelheid en de relatieve buien beweging. De gele stip in het midden van de
afbeelding is de locatie van de radar. Herinner uit Base Reflectivity de inkeping in het neerslagpatroon op # 2. De Base velocity-afbeelding toont voornamelijk groene kleuren. Alleen al te oordelen naar het basissnelheidsbeeld, kan het lijken alsof er alleen een sterke inkomende beweging van windvlagen is die wordt geproduceerd door het onweer. Wanneer het relatieve bewegingsbeeld van de storm echter wordt gecombineerd met de basissnelheid, is er een duidelijker beeld van de weersituatie, wat wijst op een roterend onweer. Daarom geeft geen enkel radarbeeld een compleet beeld van het weer.
  
 
Radar beelden: Neerslag  
 
Er zijn twee neerslag afbeeldingen beschikbaar via internet: Een-Uur Neerslag en Totale Neerslag. Dit zijn slechts geschatte accumulaties. Het maximale bereik van deze twee beelden is 230 kilometer vanaf de radarlocatie. Ze zullen geen geaccumuleerde neerslag weergeven op een grotere afstand dan 230 kilomete, ook al kan er op grotere afstand neerslag optreden.  Om de geaccumuleerde neerslag op grotere afstanden te bepalen, moet u naar aangrenzende radars kijken.  
 
Een-Uur neerslag  
Zoals de naam al aangeeft, is dit een afbeelding (rechts) van de geschatte neerslag in het afgelopen uur. Maar ook, zoals in het geval van andere Doppler-radarbeelden, moet er enige voorzichtigheid zijn bij het bekijken van dit beeld, aangezien er twee belangrijke factoren zijn waarmee u rekening moet houden.

Ten eerste, hoewel de radar zichzelf uitstekend corrigeert, zijn er momenten waarop de radar niet meer gekalibreerd is. Als de radar "hot" is (echo's te sterk zijn), zullen de schattingen van de regenval een te hoge waarde aangeven.
  Omgekeerd zal een "koele" radar de neerslag onderschatten. Controleer altijd radars in de buurt om te zien of ze vergelijkbare informatie rapporteren als wat wordt bekeken door uw lokale radar. 
 
Ten tweede is hagel een uitstekende reflector van energie. Onweersbuien met hagel zullen de hoeveelheid neerslag overschatten en hoe groter de hagelstenen, hoe groter de overschatting. Naast het schatten van regenval, kunnen zowel de statische als animatie opnamen van een uur neerslag andere nuttige informatie opleveren. Deze afbeelding is een goede manier om individuele buien. De beweging richting  van de buien wordt aangegeven door de grote gele pijl. Bij # 1 (hierboven) zijn er echter stormen die in drie richtingen bewegen. Het eerste dat opvalt is dat buien NIET altijd parallel aan de wind op het hoogste niveau bewegen. Sommige buien kunnen naar links of rechts van de stroom op het hoogste niveau bewegen. 
 
Onweersbuien bewegen ook niet altijd in rechte lijnen. Soms buigen ze zoals in het geval van de twee kleine buien rechts van # 2. Dit is waardevolle informatie omdat buien die de neiging hebben om rechts van de hoofdluchtstroom te bewegen, hetzij in een rechte lijn of in een gebogen baan,
vaak zwaar weer kunnen veroorzaken. Deze "rechtse bewegers" zijn misschien moeilijk te zien op doorlopende Basis Reflctie-beelden, maar het regenpatroon dat ze achterlaten kan van onschatbare waarde zijn om te weten welke stormen extra aandacht vereisen.
 
 
Een-Uur neerslag
 
Een Totale Neerslag afbeelding.
 
De Totale neerslag 
Zoals de naam al aangeeft, is dit een afbeelding (rechts) van de geschatte accumulatie sinds het begin van de neerslag. De accumulatie gaat door totdat er gedurende een uur geen neerslag is binnen het bereik van de radar. Vaak kan deze accumulatie in langdurige regenperiodes meer dan vijf dagen of meer bedragen.

Op de radarpagina bevindt de accumulatieperiode voor deze afbeelding zich aan de rechterkant, net boven de afbeelding. Zoals in het geval van het neerslagbeeld van een uur, de radar zichzelf uitstekend corrigeert, zijn er momenten dat de radar niet meer gekalibreerd is.

Als de radar "hot" is (echo's te sterk zijn), zullen de schattingen van de regenval een overschatting zijn. Omgekeerd zal een "koele" radar de
neerslag onderschatten.
Controleer altijd radars in de buurt om te zien of ze vergelijkbare informatie rapporteren als wat wordt bekeken door uw lokale radar. Hagel is ook een uitstekende reflector van energie. Onweersbuien met hagel zullen de hoeveelheid neerslag overschatten en hoe groter de hagelstenen, hoe groter de overschatting.
 
 
 
      Bron: Jetstream Waether School    
 
    Categorieën: Tornado's in de USA  I  Weer A tot Z
 
 
Web Design