Slovenská rádiolokačná sieť
Meteorologický rádiolokátor patrí k najefektívnejším dištančným zariadeniam na meranie oblačnosti a zrážok. Pre synoptickú meteorológiu poskytuje užitočnú informáciu o búrkach a javoch s nimi spojených a o zrážkach v efektívnom dosahu 150 - 250 km od rádiolokátora.
Slovenskú rádiolokačnú sieť tvoria v súčasnosti štyri meteorologické rádiolokátory Meteor 735 CDP10 od výrobcu Selex-Gematronik, ktoré pracujú na vlnovej dĺžke 5 cm (C pásmo). Sú vybavené dopplerovským módom na meranie radiálnej rýchlosti a polarimetrickým režimom merania, ktorý umožňuje rozlišovať druh detegovaných hydrometeorov a presnejšie meranie atmosférických zrážok. Rádiolokátory boli nainštalované v roku 2015 v rámci projektu budovania protipovodňového a varovného systému POVAPSYS. Dva z nich nahradili pôvodné rádiolokátory na už existujúcich radarových bodoch: na Malom Javorníku (v Malých Karpatoch 6 km od Bratislavy, 584 m n. m.) a na Kojšovskej holi (vo Volovských vrchoch 38 km od Košíc, 1240 m n. m.). Ďalšie dva rádiolokátory boli nainštalované na nových radarových bodoch: na Kubínskej holi (Oravská Magura, 1405 m n. m., výška radarovej veže 25 m) a na Špaňom laze (pri Veľkom Krtíši, 619 m n. m., výška veže 45 m).
Meteorologické rádiolokátory na SHMÚ merajú tieto základné veličiny:
- Z – rádiolokačná odrazivosť
- V – dopplerovská radiálna rýchlosť
- W – šírka spektra rýchlosti
- ZDR – diferenciálna odrazivosť (rozdiel rádiolokačnej odrazivosti pri horizontálnej a vertikálnej polarizácii)
- ρhv – korelačný koeficient prijatého signálu s horizontálnou a vertikálnou polarizáciou
- Θdp – fázový rozdiel prijatého signálu s horizontálnou a vertikálnou polarizáciou
- Kdp - špecifický fázový rozdiel prijatého signálu s horizontálnou a vertikálnou polarizáciou
Rádiolokátory vykonávajú každých 5 minút objemové merania, počas ktorých detegujú hydrometeory (oblačné častice a zrážky) vyskytujúce sa v dosahu rádiolokátora pri viacerých náklonoch (eleváciach) antény. Pri každej elevácii anténa vykoná rotačný pohyb v azimute o 360°. Počas merania rádiolokátor cez parabolickú anténu vysiela do priestoru krátke vysokofrekvenčné impulzy elektromagnetického žiarenia v tvare úzkeho lúča. Keď žiarenie pri prechode atmosférou dorazí k hydrometeorom alebo iným rádiolokačným cieľom, odrazí sa od nich (presnejšie spätne rozptýli) a odrazený signál je spätne prijatý anténou rádiolokátora a následne spracovaný v jeho prijímači. Podľa známeho azimutu a elevácie antény a z časového intervalu medzi vyslaním impulzu a prijatím odrazeného signálu je určovaná poloha rádiolokačného cieľa. Podľa amplitúdy (veľkosti) prijatého signálu je určovaná intenzita rádiolokačného echa, najčastejšie udávaná v jednotkách rádiolokačnej odrazivosti - dBZ. Radiálna rýchlosť pohybu hydrometeorov (v smere od alebo k rádiolokátoru v smere lúča) je určovaná zo zmeny fázy prijatého signálu z viacerých po sebe vyslaných impulzov.
Namerané objemové údaje sa z rádiolokátorov prenášajú na centrálny server umiestnený na pracovisku SHMÚ Koliba a špeciálny softvér z nich následne vytvára rôzne produkty podľa požiadaviek užívateľov. Objemové údaje okrem toho vstupujú aj do medzinárodnej výmeny v sieti OPERA (európska rádiolokačná sieť) a do výmeny s okolitými štátmi.
Zlúčená rádiolokačná informácia sa vytvára z produktov všetkých štyroch radarov každých 5 minút na serveroch umiestnených na pracovisku SHMÚ Koliba. Na našej web stránke sú momentálne pre verejnosť dostupné tieto zlúčené mapy:
-
Maximum – zlúčená mapa maximálnej rádiolokačnej odrazivosti vo vertikálnom stĺpci
Tento produkt je vhodný najmä na sledovanie búrkovej oblačnosti. Keďže sú v ňom zobrazené maximá odrazivosti z celého vertikálneho profilu troposféry, vo väčšine prípadov zobrazené odrazy nepredstavujú zrážky dopadajúce na zemský povrch!
Na snímkach tohto produktu možno občas pozorovať sústredné kružnice, resp. časti kružníc, s relatívne nízkymi hodnotami rádiolokačnej odrazivosti (obr. 2 - A). Tieto útvary vznikajú okolo rádiolokátorov v dôsledku nespojitosti detegovaných objemov atmosféry pri najvyšších eleváciách antény, kde je uhlová vzdialenosť medzi jednotlivými eleváciami väčšia ako je šírka lúča antény (cca 1°) a vznikajú tak nad rádiolokátorom oblasti bez detekcie. Keď sa nad rádiolokátorom a v jeho okolí vyskytuje vrstva vysokej alebo strednej oblačnosti s detegovateľnými hydrometeormi, v miestach, kde oblasti zosnímané rádiolokátorom pretínajú túto oblačnú vrstvu, vznikajú spomínané kružnice. Väčšinou ide o detekciu nákov búrkových oblakov alebo vrstvy oblačnosti, z ktorej vypadávajú oblačné častice nedosahujúce zemský povrch (vplyvom sublimácie).
Na snímkach maximálnej odrazivosti možno tiež, najmä v letnom období, pozorovať v miestach, kde sa nemusia vyskytovať zrážky ani oblačnosť, odrazy v tvare úzkych lúčov smerujúcich k rádiolokátoru (obr. 2 - B). Ide v takýchto prípadoch o falošnú lokalizáciu vzdialených intenzívnych búrok, ktoré sa nachádzajú mimo dosah rádiolokátora, tzv. „second-trip“ alebo „multi-trip“ echá. Za normálnych okolností je signál odrazený od zrážok mimo dosah rádiolokátora dostatočne zoslabený na to, aby mohol byť prijímačom rádiolokátora zaznamenaný. V prípade intenzívnych vzdialených búrok je odrazený signál v prijímači detegovaný, je však nesprávne priradený k nasledujúcemu (v prípade „multi-trip“ echa k n-tému nasledujúcemu) impulzu, ktorý bol medzičasom rádiolokátorom vyslaný. Rádiolokátor takýto odraz potom lokalizuje na nesprávnom mieste, bližšie k rádiolokátoru, ako je v skutočnosti.
V produkte Maximum možno tiež, najmä v prípade výskytu trvalých zrážok z vrstevnatej oblačnosti, pozorovať v okolí rádiolokátorov oblasti so zvýšenou rádiolokačnou odrazivosťou v tvare sústredných kružníc alebo ich častí, tzv. „Bright band“ (obr. 2 - C). K zvýšeniu odrazivosti dochádza vo vrstve topenia (pod nulovou izotermou), kde dochádza jednak k obaľovaniu ľadových kryštálikov vrstvičkou vody, takže ľadové kryštáliky sa javia ako veľké kvapky s vysokou odrazivosťou a tiež k zvýšeniu pádovej rýchlosti hydrometeorov vplyvom zmeny ich tvaru (zaoblenia) pri ich topení, čo má za následok zníženie koncentrácie hydrometeorov a tým aj odrazivosti pod vrstvou topenia. Kombináciou obidvoch efektov vzniká výrazné zvýšenie odrazivosti vo vrstve topenia.
V oblastiach s detegovanými zrážkami si možno občas všimnúť tenké čiary so zvýšenou odrazivosťou, smerujúce k rádiolokátoru (obr. 2 – D). Ide o chybu pri korekcii útlmu radarového lúča v zrážkach, ktorá je spôsobená rušením zo strany zariadenia RLAN, pracujúceho na blízkom frekvenčnom kanáli k frekvencii rádiolokátora. Cieľom spomínanej korekcie je zvýšenie rádiolokačnej odrazivosti v oblastiach za intenzívnymi zrážkami (v smere od rádiolokátora), kde je energia prechádzajúceho radarového lúča zoslabená. Pri korekcii sú použité údaje z polarimetrických meraní, konkrétne veličina KDP. V prípadoch, kedy sú intenzívne zrážky prekryté rušiacim signálom, býva hodnota KDP často nesprávne určená a dochádza k nadhodnoteniu korigovaných hodnôt.
-
CAPPI 2km - zlúčená mapa rádiolokačnej odrazivosti v konštantnej nadmorskej výške 2 km
Tento produkt, v porovnaní s produktom Maximum, lepšie zodpovedá zrážkam dopadajúcim na zemský povrch. Je však potrebné brať do úvahy, že aj detegované hydrometeory v nadmorskej výške 2 km sa môžu pri svojom páde vypariť (resp. sublimovať), môžu byť unášané vetrom, apod. Navyše, keďže ide o tzv. pseudo CAPPI produkt, vo väčšej vzdialenosti od rádiolokátorov, kde lúč pri najnižšej elevácii antény presahuje nadmorskú výšku 2 km, sú chýbajúce dáta doplnené odrazivosťami z najnižšej dostupnej elevácie, čiže z väčších nadmorských výšok. Preto aj v tomto produkte možno občas pozorovať napr. nákovy búrkových oblakov.
Podobne ako pri produkte Maximum, možno aj v produkte CAPPI 2km pozorovať jav Bright Band (viď popis produktu Maximum), vrstva topenia sa však musí vyskytovať blízko nadmorskej výšky 2 km. Taktiež tu možno, hoci menej často a v menšom rozsahu, pozorovať second-trip resp. multi-trip echá a tiež aj prejavy rušenia (viď popis produktu Maximum).
-
EchoTop - zlúčená mapa výšky hornej hranice rádioecha
Tento produkt zobrazuje v každom bode najvyššiu nadmorskú výšku, ktorú dosahujú detegované odrazy s určitou maximálnou rádiolokačnou odrazivosťou (momentálne > 6 dBZ). Výška hornej hranice rádioecha spravidla nezodpovedá výške hornej hranice oblačnosti, ktorá dosahuje vyššie hodnoty. Tento produkt umožňuje určiť vertikálnu mohutnosť búrkových oblakov a je preto veľmi užitočný najmä pri riadení letovej prevádzky.
V tomto produkte možno občas pozorovať nereálne vysoké hodnoty výšky hornej hranice rádioecha búrkových oblakov (obr. 3). Toto nadhodnocovanie je spôsobené detekciou intenzívnych búrkových jadier bočnými lalokmi antény. Anténa rádiolokátora, tak ako každá parabolická anténa, vyžaruje a zachytáva energiu elektromagnetického žiarenia nielen v úzkom lúči v smere osi antény, v tzv. hlavnom laloku, ale malá časť energie je vyžiarená a prijatá aj v smere niekoľko jednotiek až desiatok stupňov od osi antény, v tzv. bočných lalokoch. Keď je anténa nasmerovaná na vysokú eleváciu, bočným lalokom môže anténa zachytávať dostatočne silný signál odrazený od intenzívnych zrážok alebo krúp, vyskytujúcich sa v búrkovom jadre aj niekoľko kilometrov nižšie, ako smeruje anténa. Rádiolokátor takýto odraz vyhodnotí ako keby bol detegovaný hlavným lalokom antény a lokalizuje ho do výšky zodpovedajúcej elevácii antény, čiže vyššie ako v skutočnosti.
- 1h úhrn – zlúčená mapa hodinových úhrnov zrážok určených pomocou polarimetrických meraní
Pre potreby užívateľov umožňuje softvér vytvárať aj ďalšie typy produktov: kompletný zoznam produktov (nie všetky sú na SHMÚ operatívne generované).
| Malý Javorník | Kojšovská hoľa | Kubínska hoľa | Španí laz | |
|---|---|---|---|---|
| Zemepisná šírka | 48,2561° | 48,7829° | 49,2717° | 48,2404° |
| Zemepisná dĺžka | 17,1531° | 20,9873° | 19,2494° | 19,2574° |
| Nadmorská výška | 584 m | 1240 m | 1405 | 619 m |
| Nadmorská výška stredu antény | 600 m | 1256 m | 1425 | 661 m |
| Pracovná frekvencia | 5605 MHz | 5645 MHz | 5630 MHz | 5615 MHz |
| Pracovný dosah | 240 km | 240 km | 240 km | 240 km |
| Vysielač | ||||
| Pracovné pásmo | C (5430 - 5800 MHz) | |||
| Špičkový (impulzný) výkon | 400 kW | |||
| Napájanie | ~220V-240V/50Hz; 3 fázy; menovitý príkon 8 kW |
|||
| Zdroj el.-mag. signálu | magnetrón | |||
| Prevádzkové podmienky | Teplota vzduchu: 0 – 50°C Relatívna vlhkosť vzduchu: 10 – 90% |
|||
| Dĺžka pulzu | 0,5 – 0,83 – 2,0 – 3,3 μs | |||
| PRF | 200 – 2400 Hz | |||
| Dual PRF | 2:3 – 3:4 – 4:5 | |||
| Duálna polarizácia | simultánna | |||
| Filtre rušivých frekvencií | Úzkopásmový filter, filter harmonických frekvencií | |||
| Prijímač | ||||
| Typ | Digitálny GDRX 5 | |||
| Počet kanálov | 4 (2 na každú polarizáciu) | |||
| Rozlíšenie | 16 bit | |||
| Minimálny detegovateľný signál | ≤ -120 dBm | |||
| Dynamický rozsah | ≥ 130 dB | |||
| Šumové číslo | ≤ 2,5 dB | |||
| Max. počet binov na kanál | ≥ 8000 | |||
| Medzifrekvencia | 60 MHz | |||
| Vzorkovacia frekvencia | 180 MHz | |||
| Anténa | ||||
| Typ | Parabolická anténa s lievikovým napájačom | |||
| Priemer | 4,3 m | |||
| Zisk | 45 dB (nom.) | |||
| Šírka lúča | < 1,0° (-3 dB) | |||
| Polarizácia | Horizontálna & vertikálna | |||
| Bočné laloky | 28 dB (min.) pod úrovňou hlavného laloku | |||
| Krížová polarizácia | -32 dB | |||
| Kupola | ||||
| Materiál | Kvázirandom panely zo sendvičového sklolaminátu | |||
| Priemer | 6,5 m | |||
| Jednosmerná strata v suchých podmienkach | ≤ 0,3 dB | |||
| Farba | Biela | |||
| Odolnosť proti vetru | ≥ 200 km/h | |||
| Príslušenstvo | Výstražné osvetlenie spĺňajúce normy ICAO, odvlhčovač vzduchu | |||