Ilmaradar

Ilmaradar on radaritüüp, mida kasutatakse sajuala piiritlemiseks, selle levimise arvutamiseks ja sademete tüübi (vihm, lumi, rahe jne) määramiseks. Tänapäevased ilmaradarid on enamasti impulss-Doppler radarid, mis lisaks sademete intensiivsusele on võimelised tuvastama ka vihmapiiskade liikumist. Mõlemat liiki andmetest saab infot tormide struktuuri ja nende võime kohta põhjustada ohtlikke ilmastikunähtusi.

Teise maailmasõja ajal märkasid radarioperaatorid, et ilmastik põhjustas radariekraanidel kajasid, varjates võimalikke vaenlase sihtmärke. Arendati välja metoodika kajade eemaldamiseks, aga samuti hakati uurima lähemalt nähtuse põhjusi. Varsti pärast Teist maailmasõda hakati üleliigseid radareid kasutama sademete määramiseks. Sellest ajast alates on ilmaradareid arendatud omaette radaritüübina ning tänapäeval kasutavad ilmaradareid rahvuslikud ilmateenistused, ülikoolide uurimisrühmad ja telejaamad. Toorpilte kasutatakse rutiinselt, aga eritarkvaraga saab radariandmetest koostada lühiajalisi ennustusi sajualade liikumisteede ja sajuintensiivsuse kohta. Ilmaradarite väljundit kasutatakse isegi numbrilistes ilmamudelites nende ennustustäpsuse parandamiseks.

Kuidas ilmaradar töötab

Radariimpulsside saatmine

Ilmaradarid saadavad välja suunatud mikrolainekiirguse impulsse, kasutades selleks magnetrone või klüstrontorusid, mis on paraboolantenniga ühendatud lainejuhi abil. Peamiselt kasutatakse lainepikkusi 1–10 cm, mis on umbes kümme korda suuremad huvipakkuvate veepiiskade või jääosakeste läbimõõtudest, kuna nendel lainepikkustel esineb Rayleigh hajumine. Mis tähendab, et osa iga impulsi energiast põrkub nendelt väikestelt osakestelt radari suunas tagasi.

Väiksemate osakeste puhul oleks vaja lühemaid lainepikkusi, kuid need nõrgenevad kiiremini. Seetõttu eelistatakse 10 cm lainepikkust ( S-riba) kasutavat radarit, kuid see on kallim kui 5 cm C-riba süsteem. 3 cm X-riba radarit kasutatakse vaid väga lühikeste distantside korral ja 1 cm Ka-riba ilmaradarit kasutatakse väga väikeste osakeste (näiteks uduvihma ja udu) uurimiseks.

Radariimpulsid levivad õhus, liikudes radarijaamast eemale. See tähendab, et piirkond, mille impulss läbib, on seda suurem, mida kaugemale radarist minna. Seetõttu langeb suurtel vahemaadel ka lahutusvõime. Näiteks on radari 150–200 km tööraadiuse piirile jõudnud üksiku impulsi poolt skaneeritud õhu ruumala suurusjärgus üks kuupkilomeeter. Seda nimetatakse impulsi ruumalaks. [1]

Tagasipöörduvate signaalide vastuvõtt

Kahe impulsi saatmise vahel käitub radarijaam vastuvõtjana ja registreerib õhus olevatelt osakestelt tagasipeegeldunud signaale. Vastuvõtuperioodi pikkus on millisekundi suurusjärgus, mis on impulsi kestusest umbes tuhat korda pikem. Selle perioodi pikkus on määratud ajaga, mis kulub mikrolainete levimisele radarijaamast sihtmärgini (veepiisk, rahe jm) ja tagasi radarijaama, kõige rohkem võib see vahemaa olla paarsada kilomeetrit. Horisontaalne kaugus arvutatakse aja põhjal, mis kulub impulsi tekitamisest tagasipöördunud signaali registreerimiseni. Kui impulsse saadetakse välja liiga tihti, võib juhtuda, et tagasipöördunud impulss aetakse segamini eelmiste tagasipeegeldunud impulssidega. Tulemuseks on ebatäpsed vahemaade arvutused.

Kõrguse määramine

Radari katvus maapinnalt

Eeldades, et Maa on kerakujuline ja võttes arvesse õhu murdumisnäitaja varieeruvust ning vahemaad objektini, saame leida sihtobjekti kõrguse maapinnast.

Iga ilmaradari võrgustik kasutab mitut tüüpilist antenni asendi nurka, mis määratakse vastavalt vajadusele. Peale iga skaneeritud täispööret muudetakse antenni kõrgusnurka järgmise skaneerimisringi jaoks. Nii tehakse mitu skaneerimisringi, et katta võimalikult suur õhu ruumala radari ümber. Sellise skaneerimise strateegia kasutamise korral võtab üks tsükkel tavaliselt aega 5–10 minutit, mille jooksul saadakse andmed maapinnast 15 km kõrge ja radarist horisontaalsuunaliselt 250 km kauguseni ulatuva kihi kohta.

Maa kumerusest ja kõrgusega õhu murdumisnäitaja muutumisest tingituna ei "näe" radar minimaalsest nurgast allapoole jäävat kõrgust (joonisel roheliselt) ega ka maksimaalsest nurgast lähemal olevat ala (joonisel punase koonusena keskel). [2]