Väderradar

Vad är en väderradar?

Eftersom jag varit med och utvecklat en väderradar och man ofta ser mosaikbilder från väderradar i TV’s väderrapporter så tänkte jag berätta litet om hur den fungerar.

Arbetsmoder.

En väderradar är som en “vanlig” radar men i våglängdsområdet 3 – 10 cm. Den har två arbetsmoder: reflektivitet- och dopplermode. I reflektivitetsmode mäter man molntjocklek (vatteninnehåll) medan man i dopplermode mäter vindhastighet. Den utsända radarpulsen kan liknas vid en stråle från en ficklampa. d.v.s. en smal stråle som belyser en viss punkt. I reflektivitetsmode registreras den reflekterade ekostyrkan men i dopplermode utnyttjas den s.k. dopplereffekten som grundar sig på att en ljudvåg ändrar frekvens beroende av om man närmar sig eller avlägsnar sig från ljudkällan. Jämför med ljudvariationen då man med ett tåg passerar en järnvägsövergång med en ljudande klocka. Dopplerradarn utnyttjar detta genom att jämföra den utsända pulsens frekvens med det återvändande ekots frekvens. På detta sätt kan hastigheten bestämmas för det föremål som orsakade ekot. Beroende av radarns känslighet kan så små föremål som vattendroppar eller insektssvärmar eller t.o.m. vindskjuvning registreras.

Datainsamling.

Radarantennen roterar ett varv på en förbestämd höjdvinkel. Under detta varv utsänds radarpulser och erhållna ekon registreras. Efter ett fullt varv höjs antennvinkeln och en ny datainsamling startas. Antal antennvarv och höjdvinkeländringen för varje varv bestäms av en inprogrammerad tabell som kan ändras från gång till gång beroende av ändamålet med datainsamlingen. Varje mottaget eko korrigeras innan lagring för att det ska få ett “sant” värde. Korrigeringen görs bl.a. för följande:

1:

Vid passagen genom ett moln reflekteras en del av energin tillbaka till antennen som ett eko. Detta medför att radarpulsen efter passagen av molnet är något svagare än den ursprungligen utsända pulsen så att vid passage genom ett nytt moln i strålens väg är det reflekterade ekot något svagare trots att molnet är lika tjockt som det första molnet. Genom att beräkna ekostyrkan för varje mottaget eko kan nästa mottagna eko kompenseras så att registrerade värden motsvarar molnets tjocklek.

2:

Vid ökande avstånd från radarantennen får den utsända pulsen en allt större diameter, jfr lampljuset som belyser ett allt större område ju längre bort från lampan föremålet befinner sig. Denna spridning kan beräknas och de mottagna ekona kompenseras olika beroende på ekots avstånd från antennen.

Efter avslutad datainsamling har en cylindrisk volym av data runt radarn erhållits. Varje insamlat datum i volymen innehåller: uppmätt (och kompenserat) värde, bäring, avstånd och höjdvinkel. Genom jordytans krökning får insamlade värden för en viss höjdvinkel en ökande höjd över jordytan beroende på avståndet från radarn. Detta gör att den insamlade volymen är föga användbar, därför görs en konvertering av denna polära volym till en kartesisk volym där varje mätvärde innehåller: uppmätt (och kompenserat) värde, höjd över markytan och x- och y koordinater för det geografiska läget. Vi har på detta sätt erhållit en kartbild över väderläget runt radarn.

Användning.

Genom att på en bildskärm presentera ekon från en bestämd höjd över markytan kan en bild av det rådande väderläget på denna höjd erhållas. Innan presentation på bildskärmen omvandlas mätvärdet till en mot mätvärdet svarande färg. Bildskärmen kommer då att visa en färgbild där färgerna motsvarar olika molntjocklekar eller vindhastigheter. Om man sparar dessa bilder från ett antal datainsamlingar och sedan presenterar dem i snabb följd på bildskärmen kan man se molnsystemens förflyttning och förändring. En erfaren lokalmeteorolog kan med hjälp av detta med stor precision förutsäga när det kommer att börja regna på ett visst ställe t.ex.

Denna reflektivitetsbild visar ett molnsystem med tamahunolika täthet norr om radarstationen.

Om man centralt, t.ex. SMHI i Norrköping, samlar in en standardgenererad bild från ett antal radarstationer och kombinerar dessa till en bild kan man få en bild av väderläget över hela landet eller t.o.m hela Norden, vilket man ofta ser i TV’s väderrapporter.

Istället för att välja ekon från en bestämd höjd över marken kan man välja ekon från ett vertikalt snitt genom volymen. På detta sätt kan t.ex. en pilot få en uppfattning om vädret längs en flygrutt och avgöra lämpligaste flyghöjd.

Ett annat sätt att använda insamlade data är att addera värden från ovanför varandra liggande ekon och beräkna vatteninnehållet i molnen. Detta kan sedan ligga till grund för att prediktera hur mycket regn som kommer att falla över ett visst område, viktigt för att avgöra t.ex. vattenföringen i älvar etc.

Vid flygplatser används givetvis väderradarn av trafikledarna för att leda flygplanen på säkraste sätt. Vid landning kan det förekomma s.k. nervindar som kan vara farliga och som orsakat att plan under inflygning plötsligt dopplerslagit i marken. Dessa nervindar kan numera mycket säkert detekteras av en dopplerradar varvid piloten kan varnas i tid.

Bilden här är en dopplerradarbild och visar vindarna i olika riktningar från radarn.

Utöver dessa tillämpningar finns dessutom ett stort antal andra användningsområden, men dessa torde vara de vanligaste. I vissa delar av världen används t.ex. väderradar för att upptäcka hagelbymoln så att dessa kan bekämpas innan de förorsakar skador på odlingar o.s.v.