Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Meteorologické radary v České republice

Publikováno: Vesmír 94, 695, 2015/12

Přestože jsou v meteorologickém výzkumu a provozní praxi využívány různé druhy radarů, zdaleka nejčastěji se můžeme setkat s radary optimalizovanými pro detekci a lokalizaci srážkové oblačnosti na velkém území s vysokým prostorovým rozlišením. Takovéto radary se někdy nazývají srážkoměrné, častěji ale pouze meteorologické radary, a budeme se jim věnovat v tomto článku.

V Českém hydrometeorologickém ústavu jsou podobně jako v ostatních vyspělých meteorologických službách meteorologické radary již standardní součástí měřicích sítí a radarová měření se hojně využívají pro meteorologické i hydrologické výstrahy a předpovědi. Radarová data též využívá celá řada externích uživatelů, mezi nimi například Řízení letového provozu, Armáda ČR, Integrovaný záchranný systém, Ředitelství silnic a dálnic a další. Díky prezentaci radarových měření v České televizi, na webových stránkách a v poslední době zejména díky specializovaným aplikacím pro mobilní telefony využívá data z meteorologických radarů čím dál častěji i široká veřejnost pro plánování svých venkovních aktivit.

Princip radarových měření

Aby bylo možné detekovat srážkovou oblačnost, musí vysílač radaru generovat krátké vysokoenergetické pulzy elektromagnetického záření o vhodné vlnové délce. K tomu se využívá mikrovlnné záření o vlnové délce 3 až 10 cm. Parabolická anténa zformuje pulzy do úzkého kužele a vyšle je do atmosféry. Pokud vyslaný pulz narazí na oblačné částice (či jinou překážku), tyto částice malou část elektromagnetické energie pohltí a následně rozptýlí do všech směrů. Část z této energie je rozptýlena také zpět směrem k anténě, a je-li dostatečně veliká, radarový přijímač ji detekuje. Přijímač musí být velmi citlivý, aby byl schopen nalézt a vyhodnotit i velmi slabé odrazy od srážkové oblačnosti. Z časové prodlevy mezi vysláním a zpětným přijetím rozptýleného pulzu a ze známé rychlosti šíření pulzu (rychlost světla) je možné stanovit vzdálenost radarového cíle, z natočení antény pak jeho směr.

Pro vyhodnocení třírozměrného rozložení srážkové oblačnosti se provádí kontinuální měření při rotaci antény v azimutu na několika fixních elevačních úhlech. Vlivem zakřivení zemského povrchu není radar schopen ve větších vzdálenostech detekovat cíle blízko zemského povrchu (podobně jako se nám na moři schovají lodě za horizont). Vertikální rozsah této „neviditelné“ oblasti roste se vzdáleností od radaru a je zásadní pro maximální využitelný dosah radarových měření, který se podle typu srážek a ročního období pohybuje mezi přibližně 150 až 300 km. Na základě síly přijatého signálu se vyhodnocuje takzvaná radarová odrazivost cíle. Ta roste s počtem oblačných částic a s jejich velikostí. Novější generace meteorologických radarů pak mimo síly přijatého signálu dokáže měřit i jeho další charakteristiky a z nich odvozovat další radarové veličiny.

Z dat radarové odrazivosti lze odhadnout intenzitu srážek ve sledované oblasti a následně vypočítat plošné rozložení srážkových úhrnů za sledované období. Radarové odhady srážek v kombinaci s údaji ze srážkoměrů jsou důležitými informacemi pro hydrologické modely i další výstražné aplikace.

Z pohledu výstražné a předpovědní služby je důležité, že radarová měření poměrně jednoduše identifikují silné konvektivní bouře, které mohou být doprovázeny nebezpečnými jevy, jako jsou například přívalové srážky, krupobití, nárazový vítr nebo dokonce tornáda. Vlivem silných výstupných proudů, které jsou schopny udržet ve vzduchu i velké oblačné částice, se konvektivní bouře na radarových snímcích jeví jako jádra s vysokou radarovou odrazivostí a velkým vertikálním rozsahem. Tato jádra jsou buď samostatná, nebo se shlukují do větších celků (v některých případech můžeme dokonce pozorovat uspořádané shluky jader ve formě linií dlouhých někdy i stovky kilometrů).

Kromě meteorologických cílů detekují radary i cíle nemeteorologické. Jde zejména o odrazy od zemského povrchu, ale také například od farmy větrných elektráren nebo je mohou rušit vysílače na stejné frekvenci, jakou používá radar (např. Wi-Fi zařízení poskytovatelů bezdrátového internetu). Detekce nemeteorologických cílů je nežádoucí a při zpracování naměřených dat se používají k jejich eliminaci filtry. Jejich účinnost se odvíjí od typu, síly a rozsahu cílů. Obecně lze říci, že novější generace radarů dokážou díky většímu množství měřených charakteristik tyto cíle lépe eliminovat.

Historie radarových měření v ČR

První radary pro detekci letadel a lodí byly nezávisle v různých zemích a za přísného utajení vyvinuty v třicátých letech minulého století a byly používány a zdokonalovány během druhé světové války. Meteorologické cíle se zobrazovaly na obrazovkách prvních leteckých radarů jako nežádoucí šum, který bylo třeba eliminovat, a ještě v průběhu druhé světové války byl původ tohoto rušení rozpoznán. V poválečném období se výzkum atmosférických jevů s použitím původně vojenských radarů značně rozšířil, zvláště v USA. V šedesátých letech se již běžně používaly specializované meteorologické radary.

Na území České republiky se radary pro meteorologické účely začaly využívat od konce šedesátých let. Pravidelná radarová měření začala v roce 1971 na observatoři Hydrometeorologického ústavu v Praze-Libuši s českým radarem TESLA RM-2, další meteorologické radary využívané v tehdejším Československu již byly sovětské výroby (MRL-2 a následně MRL-5). Na všech těchto radarech se provádělo ruční měření. Radarové odrazy byly překreslovány z obrazovek na papír a pomocí faximilového vysílání (předchůdce dnešního faxu) odesílány uživatelům. Tak bylo možné jednou za hodinu vyhodnotit měření do vzdálenosti 300 km s prostorovým rozlišením 30 × 30 km.

Na přelomu sedmdesátých a osmdesátých let již ruční měření zastaralo, ve světě bylo postupně nahrazováno digitálním zpracováním výstupního signálu a naměřených dat, tvorbou uživatelských produktů i jejich následnou distribucí pomocí počítačů. V zemích bývalého východního bloku postupovala digitalizace radarových měření pomaleji, neboť moderní digitální technika nebyla tehdy dostupná. K zásadnímu zkvalitnění radarových měření tak došlo až v průběhu devadesátých let. Nejdříve byla koncem roku 1992 v Praze‑ -Libuši úspěšně provedena digitalizace radaru MRL-5 a díky tomu začala být radarová data dostupná ve výrazně lepším prostorovém rozlišení 2 × 2 km a měření byla častěji aktualizována (nastala-li významná meteorologická situace, tak až každých 10 minut).

Aby bylo možné radarovým měřením pokrýt celé území ČR, bylo třeba vybudovat ještě druhé stanoviště na Moravě. Pro něj byla vybrána kóta Skalky na Drahanské vrchovině. Zde byla v letech 1994–1995 vybudována radarová stanice s pětatřicetimetrovou věží, na kterou byl v roce 1995 nainstalován nový moderní dopplerovský radar Gematronik Meteor 360AC. Pomocí dopplerovských měření mohl tento radar vyhodnocovat radiální rychlost radarových cílů a mnohem efektivněji eliminovat z radarových dat rušivé odrazy od zemského povrchu. Radar Skalky již pracoval v bezobslužném režimu, v případě potřeby ho bylo možné ovládat dálkově. Data byla ihned po naměření automaticky přenášena do radarového centra v Praze-Libuši, kde v desetiminutovém intervalu vznikla sloučená radarová informace pokrývající celé území ČR a nejbližší okolí.

Na konci devadesátých let byla modernizace české radarové sítě dokončena. V roce 1999 byl již zastaralý radar MRL-5 nahrazen moderním dopplerovským radarem EEC DWSR-2501C, který byl umístěn na novou, pětapadesátimetrovou věž na kótě Praha v Brdské vrchovině. Obě radarová stanoviště (Skalky a Brdy-Praha) byla vybrána s ohledem na jejich co nejlepší radarový horizont, aby bylo možné nezastíněně měřit na co nejdelší vzdálenosti a co nejblíže k zemskému povrchu.

Na začátku nového tisíciletí se díky rychlejším přenosovým trasám, výkonnějším počítačům a vývoji vlastního optimalizovaného zpracovatelského a zobrazovacího softwaru podařilo radarové výstupy dále zkvalitnit. Uživatelé tak mají v současnosti k dispozici paletu radarových produktů s vysokým horizontálním rozlišením 1 × 1 km, které jsou dostupné s minimálním zpožděním po naměření a jsou aktualizovány každých 5 minut. Oba radary dobře sloužily, postupně však zastaraly a jejich spolehlivost klesala. V průběhu roku 2015 se je podařilo vyměnit, a to v rámci projektu „Upgrade měřicích systémů pro předpovědní a výstražnou povodňovou službu“, financovaného z prostředků Operačního programu Životní prostředí (Prioritní osa: 1 – Zlepšování vodohospodářské infrastruktury a snižování rizika povodní). Na obou stanovištích byly instalovány nové dopplerovské polarimetrické radary Vaisala WRM-200, které v porovnání s předchozí generací radarů umožňují navíc provádět polarimetrická měření (souběžné vyhodnocování radarových odrazů pro horizontálně a vertikálně polarizované záření). Polarimetrická měření poskytují nové typy dat, která lze využívat přímo pro rozlišení typu radarových cílů (např. dešťové kapky, sněhové vločky, kroupy, nemeteorologické cíle), ale zejména pro zkvalitnění standardních radarových dat radarové odrazivosti a z nich počítaných odhadů srážek (účinnější eliminace nemeteorologických cílů z radarových měření, korekce útlumu radarového paprsku v silných srážkách).

Článek vychází s podporou ČHMÚ.

Soubory

článek ve formátu pdf: V201512_695-697.pdf (340 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky