Esaminiamo la mappa radar di una giornata di pioggia. La scala graduata sulla destra indica il valore della riflettività (o precipitazione) in dBz con valori crescenti passando dal blu (nuvole dense, assenza di pioggia) al rosso (pioggia molto intensa). Nella mappa le zone in verde sono quelle in cui la pioggia è stata effetivamente misurata, le zone in rosso vicino al radar sono dovute al segnale di ritorno delle montagne vicine. Quest'eco indesiderato può essere facilmente eliminato mediante l'utilizzo di un filtro, nell'esempio si riportano mappe non corrette che evidenziano la non felice posizione del radar che costringe a lavorare con angoli di elevazione molto alti. La caratteristica nell'utilizzare questa visuale dall'alto bidimensionale, tipica del PPI, è che man mano che ci allontaniamo dal radar (centro della figura) la misura è presa ad una quota sempre più alta per cui diventa più difficile la correlazione con la pioggia a terra ad esempio nella zona di Ascoli a circa 70 Km dal radar la misura è presa a 8 Km di altezza.
PPI - aumento quota all'aumentare del raggio d'azione
Un PPI è costituito da tanti raggi, un raggio a sua volta risulta diviso in bin (o gates) che costituisce la più piccola porzione di atmosfera "misurabile" (risoluzione spaziale). La risoluzione radiale del bin (Gatewidth) la scegliamo noi, quella azimutale è determinata dall'angolo di apertura del lobo principale (1.6 gradi). Chiaramente avremo bin via via più grossi man mano che ci allontaniamo dal radar.
Nella figura possiamo inoltre vedere i parametri usati durante la misura: la frequenza di ripetizione degli impulsi è di 250 Hz, questo permette in teoria di avere un range non ambiguo pari a 0.5*c/PRF=600 Km, dove c la velocità della luce, la durata di ogni impulso è di 2 microsecondi e il numero di impulsi (samples) su cui medio per avere la misura su tutti i bin di un raggio è pari a 32. Il software permette di scegliere diverse mappe di sfondo, ognuna con un range diverso, nel nostro caso abbiamo una mappa a 120 Km ed essendo la risoluzione radiale di 500 metri, ogni raggio è costituito da 240 bin (o gates). Infine, come detto, non è stato usato alcun filtro di clutter, in grado di eliminare gli ostacoli fissi.
PPI INTENSITA' RANGE 120 Km
1 MARZO 2000 ORE 18.50
GateWidth: 500 m
PulseWidth: 2000 ns
Samples: 32
Clutter Filter: Off
Gates: 240
Unfolding: Off
La sezione verticale (RHI) si ottiene mantenedo fisso l'angolo di azimuth e facendo variare l'angolo di elevazione tra due valori predefiniti. Essa mostra lo sviluppo in quota della perturbazione, in questo caso possiamo vedere come l'altezza delle nubi precipitanti sfiori i 10 Km di altezza.
RHI INTENSITA' RANGE 120 Km
1 MARZO 2000 ORE 20.30
GateWidth: 500 m
PulseWidth: 2000 ns
Samples: 32
Clutter Filter: Off
Gates: 240
Unfolding: Off
Un problema dei radaristi è collegare il valore della riflettività (Z), ossia della potenza retrodiffusa dalle idrometeore con quello della pioggia effettivamente misurata a terra (R), nel nostro caso essendo il radar a singola polarizzazione purtroppo abbiamo solo un parametro utile per il calcolo della pioggia per cui si potrebbe usare una delle tante relazioni Z/R esistenti in letteratura e tentare una calibrazione con delle misure pluviometriche da terra. Comunque per capire meglio la scala di riflettività basta esaminare la seguente tabella in cui si è usata la nota relazione di Marshall-Palmer z=200 R1.6 con z espresso in mm6/m3 e R in mm/h, poi per comodità di calcolo i mm6/m3 vengono trasformati in dBZ : Z=10log(z)
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RIFLETTIVITA' Z (dBZ) |
PRECIPITAZIONE R (mm/h) |
TIPOLOGIA |
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-30 |
- |
Leggera nebbia o deboli nuvole, non ci sono precipitazioni |
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tra -30 e 20 |
- |
Tipi di nuvole via via più dense, senza pioggia |
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20 |
<1 |
Pioggerella appena percettibile |
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30 |
3 |
Pioggia leggera |
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40 |
12 |
Pioggia media |
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50 |
50 |
Pioggia forte |
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55 |
100 |
Pioggia molto forte |
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tra 55 e 75 |
- |
Pioggia mista a grandine |
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75 |
- |
Grandinata molto violenta |
Il radar doppler è in grado di misurare, oltre che l'intensità, anche la velocità radiale della perturbazione. Viene sfruttato l'effetto Doppler, ossia lo shift di frequenza che subisce un'onda elettromagnetica quando incontra un ostacolo in movimento, la misura dello shift permette di risalire alla velocità radiale del bersaglio. Nella figura è riportata una mappa della velocità radiale della perturbazione già vista precedentemente, il suo movimento è da ovest verso est, infatti a sinistra del radar, che si trova al centro della figura, c'è una prevalenza di colori viola/blu quindi la perturbazione va verso il radar (toward) a destra invece abbiamo colori gialli/rossi che indicano un allontanamento dal radar (away). Da notare che per misure di velocità siamo costretti ad aumentare la PRF, infatti la velocità massima misurabile è pari a 0.25*(PRF*l) con l lunghezza d'onda della radiazione incidente: con una PRF di 250 HZ abbiamo una Vmax pari a 3.4 m/s assolutamente insufficiente, con 1180 Hz arriviamo a 16 m/s. In figura in realtà Vmax=32 m/s, infatti è possibile alzare ulteriormente la massima velocità misurabile mandando alternativamente due PRF diverse.
PPI VELOCITA' RANGE 120 Km
1 MARZO 2000 ORE 17.30
Elevazione: 6.5°
GateWidth: 250 m
PulseWidth: 800 ns
Samples: 64
Clutter Filter: Off
Gates : 480
Unfolding: 3/2
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