Radary meteorologiczne - interpretacja wskazań

Radary meteorologiczne - interpretacja wskazań

POLITECHNIKA RZESZOWSKA
im. Ignacego Łukasiewicza
Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa
Katedra Awioniki i Sterowania
RADARY METOROLOGICZNE - INTERPRETACJA WSKAZAŃ
Łukasz SZOSTAK
Seminarium Dyplomowe 2001/2002
LOTNICTWO - PILOTAŻ
Streszczenie
Niniejsza praca zawiera, krotki opis zasady działania cyfrowych radarów meteorologicznych, powstawanie obrazu radarowego jak i błędy z nim związane, a także teorie wykrywania turbulencji. W drugiej części
znajdują się praktyczne rady związane z prawidłowym posługiwaniem się radarem meteorologicznym, a także
prawidłowa interpretacją obrazu radarowego oraz zostały zaprezentowane typowe echa szczególnie niebezpiecznych zjawisk jakie może napotkać pilot podczas przelotu.
1.Zasada działania
1.1 Powstawanie obrazu radarowego
Cyfrowe radary pogodowe działają na zasadzie zobrazowania echa. Radar wysyła krótkotrwały impuls
energii elektromagnetycznej, który porusza się w przestrzeni w postaci fali elektromagnetycznej. Kiedy fala ta
spotyka cel , cześć tej energii zostaje odbita i wraca do anteny. Odbiornik radaru mierzy czasz jaki upłynął od
momentu wysłania impulsu do powrotu echa i określa odległości do celu. Ponieważ antena radaru skanuje przestrzeń przed samolotem w sposób synchronizowany z wysłanym sygnałem, znany jest namiar na cel , a na ekranie powstaje obraz, który jest przekrojem poprzecznym celu widzianym z góry. Wskaźnik radaru nazywa się
PPI (plan position indicator). Grubość warstwy zobrazowanej na ekranie zależy od wysokości jak i kąta pochylenia anteny
(tzw. TILT)
Radar pogodowy może czasami wykryć inny samolot, szczególnie lecący naprzeciwko, ale nie jest przeznaczony do unikania kolizji. Nie jest również radarem nawigacyjnym, chociaż gdy pochylimy antenę w dół
uzyskamy odbicia od powierzchni ziemi, a wybranie pozycji selektora parametrów pracy „MAP” ułatwia uzyskanie tych odbić.
Z punktu widzenia bezpieczeństwa lotu,
groźne zjawiska meteorologiczne, które powinny
być unikane to grad oraz turbulencja. Niestety żadne z nich nie jest bezpośrednio widoczne na ekranie
radaru. Radar ukazuje jedynie te obszary opadów
deszczu, z którymi zjawiska są związane.
Radar najlepiej wykrywa wodę w postaci
ciekłej ( nie wykryje pary wodnej, lodu, suchego i
małego gradu). „Widzi” jedynie deszcz, mokry
śnieg, mokry grad oraz suchy grad, ale jeśli jego
średnica wynosi około 0.8 długości fali elekromagnetycznej wysłanej przez radar, lub większej. ( w
przypadku gdy radar pracuje na zakresie fal X suchy grad zostaje wykryty jeśli jego wielkość wynosi około 1”)
Rys.1. Zasada działania radaru
Możliwość wykrywania przez radar opadów
Figure 1.How the radar works
atmosferycznych wypływa z faktu rozpraszania
energii na cząstkach opadów. Ponieważ moc sygnałów odbitych zmienia się proporcjonalnie do szóstej potęgi
Ł. Szostak
Radary pogodowe.
ŁS - 1
średnicy kropel, co wynika z równania wyważenia Rayleigha (wzór 1), który to wzór określa powierzchnię odbijającą przypadającą na jednostkę objętości, to mgły i chmury są źródłem słabych sygnałów rozproszonych w
porównaniu z kroplami deszczu.
gdzie: λ długość fali radaru,
(1)
a - średnica cząstek,
K - współczynnik związany z wypadkowym współczynnikiem refrakcji cząstek,
N -liczba cząstek w jednostce objętości
Odwrotnie ma się rzecz z cząstkami śniegu, które spadając topią się szybko na wysokości zamarzania
tworząc w przybliżeniu kuliste krople deszczu. Zjawisku temu towarzyszą silne echa, a nosi ono nazwę zjawiska
efektu jasnego pasma („bright band").
Przypadek kulek gradu jest bardziej złożony. Mimo że wartość K = 2 jest dla lodu pięciokrotnie mniejsza
niż dla wody, to jednak lód jest mało stratnym dielektrykiem dla mikrofal. Fakt ten powoduje, że duże kulki gradu
(o średnicy porównywalnej z długością fali) mogą działać jak soczewki, skupiające padające promieniowanie od wewnętrznej strony krzywizny soczewki i
odbijające fale z powrotem do radaru. W przypadku cząstek o średnicy większej od długości fali uzyskuje się
echa od kulek lodu o większych wartościach niż echa od
porównywalnej wielkości kropel wody. W przeciwieństwie bowiem do lodu, krople wody wprowadzają straty,
pochłaniają energię fali padającej i odbijając ją tylko wypukłą stroną swej powierzchni. Rezultatem tego jest rozpraszanie energii odbitej w dużym kącie bryłowym, a
brak jest jakiegokolwiek kierunkowego odbijania do radaru. Gdy kulki gradu przechodzą przez wysokość topnienia, to na ich powierzchni tworzy się warstewka wody
o grubości 0,1 mm. Kulki zaczynają wtedy odbijać jak
Rys. 2. Radarowe echa zjawisk
duże krople wody, a sygnały echa gwałtownie maleją
Figure 2. Weather Radar Images
przynajmniej o rząd wielkości.
1.2. Zniekształcenia obrazu radarowego
Fale elekromagnetyczne są wysyłane przez antenę radaru umiejscowioną na dziobie samolotu. Antena
zabudowana jest wewnątrz a jej osłona wykonana ze specjalnych materiałów łatwo przepuszczających promieniowanie elekromagnetyczne. Może się jednak zdarzyć,
że na jej powierzchni zacznie się gromadzić lód albo woda. Nie powoduje to uszkodzenia osłony jednak osłabia
sygnał powrotny (odbity) i radar wskazuje mniejszą czułość. Wtedy na ekranie radaru mogą pojawiać się ciemne
plamy.
Lód może wywoływać także zniekształcenie refrakcyjne (ugięcie fali) , co przejawia się utratą granic
obrazu, (zerowy pierścień zaczynający się od zerowej
odległości, na każdym zakresie ekranu). Czasami lód
powoduje powstanie przypadkowych ech wewnątrz osłony i na ekranie pojawiają się nieistniejące cele. Zniekształcenia refrakcyjne, często mylą pilota, ponieważ zaRys. 3. Radarowy obraz morza
kłócenia te przypominają sytuację kiedy jest uszkodzone
Figure 3. Sea returns
sterowanie tiltem. Zalodzona lub zawodniona osłona
radaru może być również przyczyną zmian echa co do
kształtu jak i rozmiarów, podczas gdy samolot zmienia kurs lub wysokość.
Innym rodzajem błędów mogą zaistnieć, kiedy antena jest odchylona w dół i oglądamy obraz powierzchni ziemi. Pierwsze jest zwane „efektem wielkich równin”, który uwidacznia się najczęściej, kiedy lecimy nad
płaskimi równinami Stanów Zjednoczonych. W tych rejonach zarówno granice posiadłości jak i drogi, zabudowania, i linie wysokiego napięcia są ułożone wg prostopadłych kierunków N-S / E-W. W rezultacie ich odbicia
Ł. Szostak
Radary pogodowe.
ŁS - 2
są intensywniejsze niż odbicia z innych kierunków i uwidaczniają się w postaci siatki linii zorientowanych wg
głównych kierunków geograficznych nałożonych na mapę terenu.
Drugie zjawisko jest związane z obrazem radarowym powierzchni morza i jest pokazane na rysunku 3.
Spokojna powierzchnia wody daje bardzo słabe odbicie, ponieważ energia wiązki rozprasza się. Tak samo się
dzieje z wiązką, która napotyka nawietrzną stronę fali. Natomiast zawietrzna strona wody daje silne odbicie, ze
względu na jej stromość. Dlatego jasna plama na tle słabszego odbicia od powierzchni morza wskazuje nam
kierunek wiatrów powierzchniowych.
1.3 Teoria wykrywania turbulencji
Najczęściej stosowaną techniką wykrywania turbulencji jest metoda zwana PPP (Pulse Pair Processing).
Radar w czasie pracy typu „Wx+T” wysyła około 1400 impulsów na sekundę o mocy 10 kW. Procesor porównuje odbicia kolejnych par impulsów ze sobą, tzn. sygnał powrotny impulsu pierwszego jest porównywany z
sygnałem powrotnym impulsu drugiego, a odbicie impulsu drugiego z odbiciem trzeciego.
Dla porównania wszystkich sygnałów powrotnych,
radar dzieli ustawiony przez pilota zasięg na 128 jednakowych wycinków skanowanej przestrzeni, a następnie porównuje sygnały powrotne (odbicia) pierwszego impulsu w każdym wycinku z drugim w tym samym wycinku. Dla przykładu : odbicie pierwszego impulsu w wycinku 34 jest porównywane z odbiciem drugiego impulsu w wycinku 34. Ten
proces zachodzi w całej przestrzeni (128) wycinków i decyzja czy sygnalizować turbulencję lub nie sygnalizować
turbulencji jest podejmowana przez PPP dla każdego
Rys. 4. Wektor całkowitego odbiwycinka osobno. Jeśli turbulencja zostanie wykryta, wycinek
cia
przybiera kolor biały.
Informacją o mocy odbitej jest wektor całkowitego
odbicia TRV ( Total Return Vector ), jest on sumą odbić od
każdej kropli znajdującej się w danym wycinku. Pokazany
jest on na rysunku 4.
Uproszczony przykład wyjaśniający sens pojęcia TRV
pokazany na tym rysunku jest następujący: wycinek napromieniowany wiązką radarową zawiera 5 jednakowych kropli
wody, znajdujących się w niewielkiej odległości od siebie.
Amplitudy odbić (długości wektora) są identyczne, bo krople
wody są jednakowej wielkości, ale faza (rotacja wektora) każdego indywidualnego odbicia jest inna, ponieważ każda z
tych kropli znajduje się w trochę innej odległości od anteny
radaru.
Radar nie dostrzega indywidualnych odbić, ale widzi
TRV, który jest sumą wszystkich odbić indywidualnych, bowiem w rzeczywistości zostaje napromieniowanych setki miRys. 5. Brak turbulencji
lionów kropli, czyli TRV będzie sumą ich odbić cząstkowych.
Figure 5. No turbulence
Impuls w przypadku pracy „Wx+T” jest wypromieniowany co 0.0008 sec. Nieznaczna turbulencja lub jej brak
powoduje nieznaczne zmiany położenia kropli lub ich brak,
jak również wielkość kropli pozostaje niezmieniona, a tym
samym TRV (amplituda i faza) nie zmienia się również. Jeżeli
TRV
brak jest różnicy pomiędzy dwoma TRV w tym samym wycinku, lub jest ona nieznaczna, to znaczy, że brak jest w tym
wycinku turbulencji lub jest ona nieznaczna. Możemy to sobie wyobrazić porównując wykresy z rysunku 5.
Jeżeli zaś turbulencja jest wykryta w opadzie,
Rys. 6. Turbulencja
występują znaczące zmiany w rozmiarze kropel jak i pozycji
Figure 6. Turbulence
w stosunku do kolejnych impulsów radaru. Zmiany
pojedynczych odbić wpływają na zmianę całego TRV. Jeżeli wiec występuje znacząca różnica pomiędzy dwoma TRV w tym samym wycinku, oznacza to, że jest tam turbulencja a ekran zostanie zabarwiony na biało. Możemy to sobie wyobrazić porównując rysunki 4 i 6.
Radar wykrywa jedynie ruch kropli, który jest równoległy do wysyłanego impulsu. Radar nie jest w stanie wykryć ruchu prostopadłego do anteny ponieważ krople nie powodują powstania efektu Dopplera. Dlatego
Ł. Szostak
Radary pogodowe.
ŁS - 3
należy jednak pamiętać, że strefy turbulencji nie
zawsze mogą być wykryte przez radar, a ponadto obraz turbulencji może się zmieniać z każdym następnym ruchem anteny ponieważ krople deszczu mogą
poruszać się pod jej wpływem w różnych kierunkach. Ważne jest jeszcze żeby zdawać sobie sprawę,
że radar pokładowy wykrywa turbulencję tylko tam
gdzie występuje opad. Nie wykrywa CAT (Clear Air
Turbulence).
Próg detekcji turbulencji jest ustawiony na
wykrywanie turbulencji moderate. Tak więc jeśli jakaś strefa kropli będących w ruchu została określona
jako moderate, severe lub extreme jest ona zabarwiona na kolor biały, jeśli więc spotkamy strefę turRys. 7. Radarowy obraz turbulencji
bulencji, to musimy ją obchodzić, bo mogą w niej
Figure 7.Weather display with turbulence
wystąpić wszystkie trzy jej intensywności. Turbulencja jest najlepiej widoczna w sektorze ±30° od osi podłużnej samolotu.
Na rysunku 7 widzimy radarowy obraz turbulencji , jest to biała strefa widoczna na środku ekranu, w odległości ok. 23 NM od samolotu. Na ekranie widoczne są również inne echa zabarwione na kolor żółty i czerwony. Widać, że obchodzenie strefy turbulencji musi być wykonane lewą stroną, gdyż tam echa są najsłabsze.
2.Praktyczne wykorzystanie radaru
Typowy radar meteorologiczny posiada kilka typowych funkcji m.in. range selection (wybór zasięgu),
gain (wzmocnienie), mod pogodowy, mod MAP ( tryb nawigacyjny) oraz tilt (kąt pochylenia anteny).
Wydaje się, że wszystkie funkcje radaru są łatwe do zinterpretowania i wykorzystania, jednak okazuje
się, że największe kłopoty sprawia posługiwanie się kątem pochylenia anteny (tilt), który zazwyczaj jest wykorzystywany niewłaściwie, a którego prawidłowa obsługa ma istotne znaczenie dla bezpiecznego przebiegu lotu
w warunkach burzowej pogody.
2.1 Kąt pochylenia anteny (tilt)
Pilot może i powinien posługiwać się tiltem w celu zminimalizowania odbić od powierzchni ziemi, wtedy
kiedy chce obserwować zjawiska pogodowe, jest to bardzo ważne zwłaszcza podczas lotu w terenie górzystym.
Poprawne posługiwanie się tiltem, jest niezwykle ważne ze względu na położenie izotermy
0°C (poziom zamarzania). Należy bowiem pamiętać, że część chmury leżąca ponad poziomem zamarzania, jest znacznie gorzej widoczna na ekranie
radaru dlatego, że jak wiemy woda w postaci lodu
znacznie gorzej odbija fale radarowe niż deszcz. W
Rys. 8. Rozmiar wiązki radarowej anten 12” i 18” na
dużych wysokościach
Figure 8.Radar beam illumination high altitude 12 and
18-inch radiator
instrukcji użytkowania radaru są podane tabele z zalecanymi kątami pochylenia anteny zapewniającymi uzyskanie
minimalnych odbić od powierzchni ziemi, jednak pilot
zawsze powinien brać pod uwagę dodatkowe czynniki np.
obecność wysokich gór pod samolotem, które będą redukowały zasięg radaru.
Rysunek 8 pokazuje zależności pomiędzy zasię-
Ł. Szostak
Rys. 9. Rozmiar wiązki radarowej 12” i 18” na małych
Radary pogodowe.
ŁS - 4
wysokościach
Figure 9. Radar beam illumination 12 and 18 inch radiator
giem, a wysokością lotu dla anten o średnicy 12” i 18” w czasie lotu na dużych wysokościach (40000 ft), przy
kącie pochylenia anteny 0°. Natomiast rysunek 9 pokazują te same zależności ale w czasie lotu na małych wysokościach, kiedy antena jest podniesiona 2,8° do góry.
Widzimy wyraźnie zależności pomiędzy średnicą anteny, a zasięgiem oraz rozmiarami wiązki. Im większa średnica anteny tym mniejsza szerokość wiązki. W przypadku jak na rysunku 9 widzimy, że szeroka wiązka
anteny 12 calowej zetknie się z powierzchnią ziemi na 55 mili i napromieniuje słup powietrza o wysokości prawie 40 000 stóp. Natomiast wąska wiązka anteny18-to calowej nie zetknie się w ogóle z powierzchnią ziemi, a
słup powietrza „oświetlony” promieniowaniem fali radarowej będzie miał wysokość tylko 28 000 stóp.
Kąt pochylenia anteny radaru powinien być tak dobrany, aby na granicy zasięgu ekranu mogły pojawiać
się tylko najwyraźniejsze odbicia od celów naziemnych.
Sposób posługiwania się kątem pochylenia anteny jest często niedoceniany lub wręcz lekceważony.
Jest to niezwykle groźne dla bezpiecznego posługiwania się radarem pokładowym. Jeżeli bowiem nieprawidłowo ustawimy tilt, to nasz obraz pogody może być fałszywy, burze mogą być niezauważone, lub ich
intensywność niedoceniona.
Górne poziomy burz konwekcyjnych są najbardziej niebezpieczne,
z powodu dużego prawdopodobieństwa spotkania gwałtownych prądów
pionowych i opadu gradu o dużej średnicy. Pamiętajmy, że grad i podmuchy pionowe nie dają silnych odbić, ponieważ nie posiadają wody w stanie ciekłym, to znaczy nie posiadają dużych zdolności odbijania promieniowania radarowego.
Rysunki 10 i 11 pokazują zależności pomiędzy wysokością
Rys. 10. Sterowanie kątem pochylenia na malotu
i
właściwym
kątem pochylenia, pierwszy na małych, a drugi na
łych wysokościach
dużych
wysokościach.
Figure 10. Low altitude tilt management
Idealny kąt pochylenia anteny jest wówczas, kiedy widzimy
jeszcze kilka odbić od ziemi na skraju zasięgu ekranu.
Krzywizna powierzchni ziemskiej może być ograniczeniem,
kiedy lecimy na małej wysokości lub przełączyliśmy na zbyt duży
zasięg.
Burze konwekcyjne tracą swoją zdolność odbijania powyżej
poziomu zamarzania (izotermy 0°C). Ta zdolność zmniejsza się
stopniowo w przedziale pierwszych 5000 – 10000 stóp powyżej izoRys 11. Sterowanie kątem pochylenia na dużych wyso- termy zero.
kościach
Pilot samolotu przedstawionego na rysunku 11 ma prawdoFigure 11 High altitude tilt management
podobnie klarowny obraz radarowy burzy, trochę przesłonięty odbiciami od powierzchni Ziemi, występującymi za burzą. Jeżeli kąt pochylenia nie zmieni się, to echo burzy będzie stawało się coraz słabsza w miarę zbliżania się do niej samolotu.
Prawidłowe posługiwanie się kątem pochylenia anteny wyRys. 12. Szybko rozwijająca się burza
maga jego ciągłej zmiany (w miarę zbliżania się samolotu do buFigure 12. Developing thunderstorm
rzy), na tyle, żeby odbicia od ziemi nie były „tłem” obrazu radarowego. W normalnych warunkach (takich jakie spotykamy w umiarkowanym klimacie), groźna burza może rozwinąć się w ciągu 10-ciu minut, a więc w czasie, kiedy samolot będzie się do niej zbliżał. Taką sytuację widzimy na rysunku 12.
Zapamiętaj: jeżeli kąt pochylenia anteny pozostaje stały w czasie lotu na dużych wysokościach, to burza wykryta na dalekim zasięgu może wykazywać słabnące echo, lub nawet zniknąć z ekranu. Dzieje się to dlatego, że burza oglądana z odległości 100 NM jest cała pokryta wiązką, a w miarę zbliżania się „wchodzi pod
wiązkę”.
Lecąc na małych wysokościach podnieś antenę do góry, żeby uniknąć przelatywania pod burzą, co może być groźne. Istnieją dowody, że maksymalna turbulencja występuje w chmurach burzowych na średnich wysokościach (20 – 30 tysięcy stóp), ale nie znaczy to, że turbulencja pod chmurami może być lekceważona. Jest
ona wywoływana przez wypływające z burzy powietrze i może być bardzo silna na małych wysokościach w sąsiedztwie burzy.
Na małych wysokościach lotu kąt nachylenia anteny powinien być ustawiony tak, żeby odbicia od powierzchni Ziemi wystąpiły jedynie na peryferiach ekranu.
Pamiętać należy także że nadmierne podniesienie anteny do góry jest niewskazane, ponieważ wiązka
radaru będzie wtedy opromieniowywać chmurę powyżej poziomu zamarzania, a tym samym echo będzie słabe i
może to być mylące dla pilota.
Ł. Szostak
Radary pogodowe.
ŁS - 5
3. Obraz radarowy – interpretacja
Uporządkujmy niektóre fakty dotyczące groźnych zjawisk pogodowych:
- Turbulencja powstaje gdy spotykają się dwie masy powietrzne o różnych temperaturach lub ciśnieniach.
- Takie zderzenie mas powietrza powoduje powstawanie burz.
- Burze wytwarzają deszcz.
- Radar wykrywa deszcz, (ujawnia tym samym turbulencję).
- Kiedy burza jest w stadium cumulusowym, na ekranie radaru pojawiają się echa, które stopniowo rosną i stają
się coraz silniejsze. Należy wtedy antenę pochylać w dół i w górę drobnymi zmianami kąta pochylenia, żeby zobaczyć maksymalny zasięg echa.
- Kiedy burza jest w stadium dojrzałym, echa są wyraźne i ostre, wtedy najczęściej pada grad
- Kiedy burza jest w stadium rozpadu, strefa deszczu jest największa i pokazuje się przy lekkim pochyleniu anteny w dół.
W przypadku kiedy radar nie ma możliwości pracy w trybie T, strefę wystąpienia turbulencji można zidentyfikować inaczej. Radar jest używany po to, żeby zajrzeć do wewnątrz strefy opadu i zobaczyć aktualną albo rozwijającą się turbulencję. Pewna wiedza z zakresu meteorologii jest potrzebna do określenia granic tych
stref. Trzeba wiedzieć, że turbulencja występuje tam, gdzie następuje przejście ze słabego deszczu lub jego braku, do silnego deszczu. Szybkość tego przechodzenia (wymiary strefy) jest określana pojęciem gradientu deszczu. Większy (stromszy) gradient, silniejsza turbulencja. Jeszcze bardziej ważny jest inny fakt, a mianowicie to,
że cele burzowe nie są statyczne, ale ciągle się zmieniają. Jeśli pojedyncza burza trwa około godziny, to Linia
Szkwałowa zawierająca wiele takich powstających i rozpadających się burz – trwa znacznie dłużej.
Pojedyncza cela burzowa zaczyna się jako cumulus o średnicy ~1Nm i wierzchołku na wysokości
~15000 stóp, a w ciągu 10 minut osiąga średnicę ~5Nm i wysokość nawet 60000 stóp, a w tropikach nawet wyższą.
Tak więc radar meteorologiczny nie powinien służyć do robienia fotografii pogody, ale do ciągłej jej
obserwacji.
Żeby znaleźć bezpieczną i komfortową dla pasażerów drogę przez strefę opadów, zbliżając się do linii
szkwałowej, uważnie studiuj jej obraz radarowy
W miarę jak masa ciepłego i wilgotnego powietrza unosi się do góry, spotyka chłodniejsze powietrze w
górnych warstwach atmosfery i następuje kondensacja wilgoci, powstają krople wody. Krople te rosną i stają się
coraz cięższe, aż w końcu ruszają w dół, pomimo, że są wynoszone przez prąd wstępujący. Jeżeli opad jest wystarczająco intensywny, to może odwrócić kierunek prądu i zamienić go w opadający.
Pomiędzy prądami opadającymi, (strumieniami deszczu) prądy wznoszące osiągają olbrzymie prędkości, dlatego też strefy maksymalnej turbulencji występują na pograniczu jednych i drugich. Należy pamiętać o
tych faktach, kiedy lecimy w strugach deszczu, lub nad niewinnie wyglądającym rozbudowanym cumulusem.
Należy tutaj powiedzieć krótko o prostej metodzie oceny intensywności burzy, polegającej na szukaniu
radarowego cienia burzy.
Zbliżając się do burzy, pochylamy antenę w dół, aż do momentu kiedy wiązka „oświetli” powierzchnię
Ziemi tuż przed frontem burzy (patrząc w kierunku lotu). Strefa bez odbić od powierzchni Ziemi za burzą ma
postać cienia. Znaczy to, że burza pochłonęła całą energię wiązki i radar nie jest w stanie pokazać jakichkolwiek ech (Wx, czy Gnd) pochodzących z przestrzeni za chmurą burzową.
Cela burzowa wytwarzająca cień radarowy jest niezwykle silna i niebezpieczna. Należy ją obchodzić w
odległości co najmniej 20Nm.
Burze gradowe często generują słabe lecz charakterystyczne echa, takie jak pokazano na rysunku 13.
„Palce” i „Haki” pochodzą od wiatrów, które wieją od burzy gradowej, a echa w kształcie litery „U” są często
obrazem suchego gradu, który sam nie daje odbicia radarowego, ale jest otoczony obszarem deszczu, który daje
silne odbicie.
„Poszarpane” brzegi echa mogą być również traktowane jako obraz suchego gradu otoczonego strefą
deszczu.
Rys 13. Charakterystyczne echa
burz gradowych
Figure 13.Typical hailstorm patŁ. Szostak
Każde słabe lub rozmyte odbicie, chociaż nie zawsze zwiastuje nam grad, musi być obserwowane uważnie, ponieważ może się
gwałtownie zmieniać.
Im więcej wiemy o radarze, tym bardziej stajemy się kompetentnym składnikiem systemu. Właściwe sterowanie radarem zapewnia
nam uzyskanie na ekranie wszystkich szczegółów niezbędnych dla
bezpiecznego operowania w strefach burzowych, a właściwa interpretacja zapewnia uniknięcie niebezpiecznych pułapek.
Radary pogodowe.
ŁS - 6
3.1 Typowe kształty towarzyszące poważnym zagrożeniom dla bezpieczeństwa lotu
Omijaj echa w kształcie „haka” w odległości co najmniej 20
NM. Echo w kształcie haka jest prawdopodobnie najbardziej znanym
echem towarzyszącym niebezpiecznym zjawiskom pogodowym i najczęściej obserwowanym na radarze. Takie echo pokazane jest na rysunku 14.
„Haki” spotyka się w prawej tylnej części echa burzy, (ćwiartka płd/zach. W stosunku do kierunku ruchu burzy. Hak nie jest echem
tornada. Mikroskopijny niż powstaje właśnie w tym miejscu, w pobliżu
brzegu burzy, ma on na ogół średnicę 3-10 NM. Opady deszczu są „pociągane” do krążenia zgodnie z cyrkulacją niżową – do środka niżu.
Tornada powstają w tym mininiżu, w sąsiedztwie haka. Według statyRys. 14 Echo w kształcie haka
styk NSSL (National Severe Storms Laboratory) 60% wszystkich obFigure 14. Typical hook pattern
serwowanych haków posiadało stowarzyszone z nimi tornada.
Należy więc zawsze podejrzewać, że hakowi towarzyszy tornado. Należy jednak pamiętać, że może być hak bez tornada i vice versa. Należy również pamiętać, że kiedy widzimy na ekranie hak, to w
pobliżu niego występuje średnia lub silna turbulencja, silne uskoki wiatru i grad.
Starajmy się nie dać zaskoczyć niespodziewanym rozwojem
sytuacji, bo pomimo, że obserwowano wiele ech w kształcie haka, nie
stowarzyszonych z tornadami, to pamiętajmy, że taki „hak” zwiastujący
niebezpieczeństwo trwa około 5-ciu minut i ma mniej niż 25NM średnicy. Należy również pamiętać, że obserwowano tornada stowarzyszone
z hakami występującymi w innej niż zazwyczaj części chmury.
Omijaj echa w kształcie litery „V” w odległości 20NM.Wielkie
Rys 15. Echo w kształcie litery V
pojedyncze echo może czasem przybierać kształt pokazany na rysunku
oraz „wisiorka”
15, litery V.
Figure 15. V-notch echo, pendant
Echa te powstają na skutek zmian kierunku wiatru na czole bushape
rzy. Burze z takimi echami są często bardzo silne, wytwarzają silne podmuchy, grad lub chmury typu „trąby powietrzne”. Pamiętajmy: niebezpieczne echa przybierają kształt zbliżony do litery V.
Echo w kształcie wisiorka, pokazane na rysunku 15, przedstawia najbardziej groźną burzę tzw. supercelę.
Badania pokazały że:
- średnica gradzin w superceli osiąga 2 cale (~5,3 cm)
- średnia szerokość pasa opadu gradu 12,5NM (~20,2 km)
- 60% supercel wytwarza trąby powietrzne lub tornada
Omijaj wszystkie echa w kształcie „księżyca w nowiu” w odległości
20NM.
Takie echo jest pokazane na rysunku 16. Rogi łuku są skierowane w kierunku lotu samolotu, co mówi nam, że chmura intensywnie
pochłania energię radaru i wskutek tego nie cała cela jest widoczna. Jest
to szczególnie prawdziwe, kiedy tylna krawędź burzy (patrząc w kierunku lotu) jest bardzo dobrze zdefiniowana, co oznacza, że występuje
tam bardzo silny gradient deszczu. Cała przestrzeń za silnym gradientem
deszczu jest wypełniona cyjanem.
Rys 16. Echo w kształcie ksieżyca
w nowiu
Figure 16. Crescent shape
Omijaj echa liniowe w odległości 20NM
Jedna z części linii może przyśpieszać przemieszczanie się i nadać
linii kształt fali (patrz rysunek 17) Najbardziej niebezpieczna pogoda występuje w pobliżu litery S. Linie mogą dawać ciągłe lub prawie ciągłe echo.
Takie burze są groźne dla operacji lotniczych i mogą zakłócać ruch lotniczy
Ł. Szostak
Rys 17. Echo liniowe
Figure 17. Line echo wave
pattern
Radary pogodowe.
ŁS - 7
Literatura
1.
2.
3.
Kayton M., Fried W.R.: Elektroniczne układy nawigacji lotniczej, WKiŁ, Warszawa 1975
PRIMUS 880 Digital Weather Radar System, Pilot’s Manual, Honeywell 1999.
H. Krasowski: Zasada działania radaru meteorologicznego, Poradnik pilota B-767
Uwagi
Wszystkie rysunki : PRIMUS 880 Digital Weather Radar System, Pilot’s Manual, Honeywell 1999.
Digital Weather Radar System – Interpreting Weather Radar Images
Łukasz Szostak
This paper includes short principles of digital weather radar system, creation of radar images and errors
connected with them and turbulence detection theory. In the second part we can find practical information about
proper radar technique and interpreting weather radar images, we can also find typical echo patterns connected
with dangerous weather phenomena we can meet during flight operation and practical advice how to avoid
them.
Ł. Szostak
Radary pogodowe.
ŁS - 8