Meteorologia Radar - Fundamentos Gerais

2,498 views

Published on

Módulo: EThICS 907.002.01_Fundamentos Gerais
Tema: METEOROLOGIA RADAR
Assunto: Meteorologia Radar - Fundamentos Gerais
Escopo:

Objetivos e Destinação
Sumário do Conteúdo

1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADAR
Noções sobre Energia Eletromagnética
Forma de Onda e Espectro de Sinais
O Radar – O que é
Sistema Radar Meteorológico Doppler
Glossário dos Elementos do Sensor Radar
Sensor Radar Pulsado Doppler
Efeito Doppler
Ambiguidades nas Medidas de Posição
Ambiguidades nas Medidas de Velocidade
Deteção de Sinais e Extração de Informações
Apresentação e Disseminação das Informações

2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA
Medidas Usuais por Radar Meteorológico
Medidas de Localização
Medidas de Refletividade – A Equação Radar
Medidas de Refletividade - A Equação Radar Meteorológico
Noções de Cálculo Logarítmico
MDS - Mínimo Sinal Detetável
Medidas de Velocidade – Exemplos
Medidas de Velocidade – Barbelas de Vento
Medidas de Velocidade - Shear
Medidas de Largura Espectral
Parâmetros [Z], [V] e [W]
Relação entre [Z] e [R]

3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADAR
Campos de Atuação de Radares Meteorológicos
Efeitos Inconvenientes de Propagação
Clutter Radar em Meteorologia
Alvos Não-Atmosféricos
Alvos Atmosféricos e Meteorológicos

Published in: Technology
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
2,498
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
5
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Meteorologia Radar - Fundamentos Gerais

  1. 1. EThICS 907.002.01EngenhariaTecnologia, InteligênciaConsultoria & SistemasEThICSENGINEERINGMETEOROLOGIA RADARMETEOROLOGIA RADARMETEOROLOGIA RADARMETEOROLOGIA RADAR- Fundamentos Gerais -18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 1- Fundamentos Gerais -Antonio Sallum LibrelatoDiretor – EThICS EngineeringMarço - 2003
  2. 2. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGObjetivos e DestinaçãoObjetivos: apresentação deNoções sobre o funcionamento de radares meteorológicosUsos de radares em meteorologiaDestinação: instrução básica paraMeteorologistas em geral e meteorologistas radar em especialAtuais e futuros operadores de radares meteorológicos18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 2Sumário do Conteúdo1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADAR2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADAR
  3. 3. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERING1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARNOÇÕES SOBRE ENERGIA ELETROMAGNÉTICAFORMA DE ONDA E ESPECTRO DE SINAISRADAR: O QUE É?SISTEMA RADAR METEOROLÓGICO DOPPLER: FINALIDADES18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 3SISTEMA RADAR METEOROLÓGICO DOPPLER: FINALIDADESSENSOR RADAR PULSADO DOPPLEREFEITO DOPPLERAMBIGUIDADE NAS MEDIDAS DE DISTÂNCIA E VELOCIDADEDETEÇÃO DE SINAIS E EXTRAÇÃO DE INFORMAÇÕESAPRESENTAÇÃO E DISSEMINAÇÃO DAS INFORMAÇÕES
  4. 4. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGNoções sobre Energia Eletromagnética1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARRádio104 ~ 10-3 m3 x 104 ~ 1011HzInfra Vermelho10-3 ~ 10-6 m1011 ~ 1014 HzVisível5 x 10-7 m2 x 1014 HzUltra Violeta10-7 ~ 10-8 m1015 ~ 1016 HzRáios X10-9 ~ 10-11 m1017 ~ 1019 HzRáios Gama10-11 ~ 10-13 m1019 ~ 1021 Hz18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 4A luz como energia eletromagnética visível:Emissão, propagação, iluminação, concentração, reflexão, difraçãoComposição (cores): multifreqüênciasSinal EM em função do tempo: amplitude, período,freqüência, fasea(t) = A.cos[φ(t)] = a(t) = A.cos(ωt + φ0) = A.cos(2.π.f.t + φ0)ω = dφ(t)/dt = 2.π.f = velocidade angular de variação da faseT = 1/f = período de repetição da forma de ondaEmissão de pulsos de energia EM em micro-ondasHz
  5. 5. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGNoções sobre Energia Eletromagnética1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARO campo eletromagnético oscilatórioCampo elétrico EEEE e campo magnético HHHH, ortogonais eoscilatórios.Potência e vetor de Pointing: P = E x H aponta a direção depropagação da onda eletromagnética.Polarização: na direção do campo elétrico E.18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 5Polarização: na direção do campo elétrico E.PEH
  6. 6. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGForma de Onda e Espectro de Sinais1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADAR18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 6
  7. 7. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGForma de Onda e Espectro de Sinais1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARfP(f)ta(t)(a)18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 7A concentração ou o espalhamento da potência no espectro de frequênciasindica o caráter de correlação ou de aleatoriedade de um sinal.(a) Sinal predizível(b) Sinal aleatóriota(t)(b)fP(f)
  8. 8. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGForma de Onda e Espectro de Sinais1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADAR18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 8
  9. 9. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGForma de Onda e Espectro de Sinais1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADAR18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 9
  10. 10. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGForma de Onda e Espectro de Sinais1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARP(f)a(t)TTon18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 10Um trem periódico de pulsos e seu espectro de raias.f1/TontToffToffTo = Ton +Toff
  11. 11. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGO Radar – O que é1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARRADAR: “Radio Detection and Ranging”(detecção de alvos e medida de distância por rádio)INÍCIO: Segunda Guerra Mundial - Inglaterra, Alemanha, EEUU, França, Itália, Rússia eJapãoO radar é um dispositivo eletrônico capaz de transmitir um sinal eletromagnético (EM),receber de volta ecos de alvos e determinar vários aspectos dos mesmos, a partir dascaracterísticas dos sinais recebidos.18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 11características dos sinais recebidos.DESIGNAÇÃOHF 3 a 30 MHz 100 a 10 mVHF 30 a 300 MHz 10 a 1 mUHF 300 a 1000 MHz 1 a 0,3 mL 1 a 2 GHz 30 a 15 cmS 2 a 4 GHz 15 a 8 cmC 4 a 8 GHz 8 a 4 cmX 8 a 12 GHz 4 a 2,5 cmKu 12 a 18 GHz 2,5 a 1,7 cmKu 18 a 27 GHz 1,7 a 1,2 cmKa 27 a 40 GHz 1,2 a 0,75 cmmm 40 a 300 GHz 7,5 a 1 mmFREQUÊNCIANOMINALCOMPRIMENTO DEONDA NOMINALBANDAS DE OPERAÇÃO RADAR
  12. 12. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGSistema Radar Meteorológico Doppler1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARPRINCIPAIS FINALIDADES DO SISTEMATeledetecção radar ativa de alvos meteorológicosExploração de ocorrência de precipitações e ventosMapeamento da distribuição espaço-temporal e dinâmica dos ecosdetectados, caracterizados quanto a:18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 12taxa de refletividade radar (Z)velocidade (doppler) radial média (V)largura espectral de velocidade (W)Distribuição de imagens radar aos usuários, através de rede decomunicações e computacionalTelecontrole e teleoperação do sistema, a partir de centros deoperação remota
  13. 13. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGGlossário dos Elementos do Sensor Radar1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARSIGLA/ABREVPORTUGUÊS INGLÊSAGC Controle Automático de Ganho Automatic Gain ControlCA Corrente Alternada Alternate CurrentFI Frequência Intermediária Intermediary FrequencyI Sinal de Vídeo Em Fase In-Phase VideoLO Oscilador Local Local OscilatorLOG Logarítmico LogarithmicQ Sinal de Vídeo em Quadratura Quadrature Video18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 13Q Sinal de Vídeo em Quadratura Quadrature VideoREG Regulado RegulatedRF Rádiofrequência RadiofrequencyTRIF Trifásico TriphasicVID Vídeo Video
  14. 14. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGGlossário dos Elementos do Sensor Radar1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARSIGLA/ABREVPORTUGUÊS INGLÊSACOP DIREC Acoplador Direcional Directional CouplerAFC Controle Automático de Frequência Automatic Frequency ControlAMP AGC Amplificador de AGC AGC AmplifierAMP FI Amplificador de FI IF AmplifierAMP LOG Amplificador Logarítmico Log AmplifierAMP VID Amplificador de Video Video AmplifierANT Antena AntennaCOHO Oscilador Coerente Coherent Oscilator18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 14COHO Oscilador Coerente Coherent OscilatorDET IQ Detector IQ IQ DetectorDUP Duplexador DuplexerFPF Filtro Passa-Faixa Band Pass FilterLIMIT Limitador LimiterLNA Amplificador de Baixo Ruído Low Noise AmplifierMAT Muito Alta Tensão Extra High VoltageMIX Misturador MixerMOD Modulador ModulatorOSC Oscilador a Magnetron Magnetron OscilatorPOS Posicionador PositionerPROC Processador ProcessorSERVO Servo ServoSTALO Oscilador Local Estável Stable Local OscilatorVÁLV TR Válvula Tx/Rx TR TubeVISU Visualização Visualization
  15. 15. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGSensor Radar Pulsado Doppler1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARPRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO (1)ANTENAFormata e dirige o feixe EM aos alvos e recebe os retornos(ecos)O formato do feixe depende da forma e das dimensãoes daAntena e da frequência das ondas EMPOSICIONADORPOSANTcontrolesRADAR DOPPLERA MAGNETRON18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 15POSICIONADORSuporta, move e posiciona a AntenaPode ter um, dois ou três eixos de movimentaçãoCada eixo requer um controle de posição para uso do Servo edo ProcessadorSERVOAciona o movimento do PosicionadorTem um canal de acionamento para cada eixo do PosicionadorOpera com malhas fechadas de controle (velocidade eposição)OSCMOD RECDUPPROCVISUSERVOMATcontrolesamostrado pulsoRFLOGIQ
  16. 16. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGSensor Radar Pulsado Doppler1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARPRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO (2)DUPLEXADORChaveia entre transmissão e recepçãoProtege o Receptor contra as altas potências de transmissãoOSCILADORGera a energia EM na frequência radar e nas durações dospulsosPOSANTpulsospulsosRF18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 16pulsosÉ comum o uso de válvula tipo magnetronMAT/MODULADORGera energia CC em tensões muito altasFormata os pulsos que modulam a energia EMArmazena energia CC durante o período de recepção edescarrega-a no oscilador no decorrer da duração do pulsoAciona o oscilador na cadência da frequência de repetição depulsos (PRF)OSCMOD RECDUPPROCVISUSERVOMATpulsosRFtrem depulsosATDC sincamostrado pulsoRFLOGIQ
  17. 17. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGSensor Radar Pulsado Doppler1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARPRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO (3)RECEPTORRecebe, filtra e amplifica a energia EM de retorno dos alvos(ecos)Detecta os sinais de ecos e gera os sinais de vídeo radarVídeo LOG: detecção da intensidade dos sinais recebidos(ecos)POSANTRF18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 17(ecos)Vídeos LIN (I, Q): detecção da variação da fase entre ossinais transmitidos e os recebidos:PROCESSADORGera os sinais de sincronismo para o radarDigitaliza os sinais de vídeo radar (I, Q, LOG)Processa os sinais, de forma digital, para extrair asinformações desejadas (dados)Processa os dados radar para uso na geração dos produtosVISUALIZAÇÃOProcessa os dados radar para extrair produtos para avisualização pelos operadoresPermite a interface operador-sistemaOSCMOD RECDUPPROCVISUSERVOMATRFsinc dadosamostrado pulsoRFLOGIQ
  18. 18. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGSensor Radar Pulsado Doppler1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARDIAGRAMA ESQUEMÁTICO BÁSICODE UM RECEPTOR COERENTEDUPPOSANTSERVOAMPVÁLVTR +LIMITACOPDIRECMIXLNA FPF18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 18PROCVISUAGCIQOSCMODMATAMPLOGAMPAGCDET IQAMP VIDFILTROAMP FILOGCOHOAFC STALOLIMITpré-trigger30 MHz fcoho30 MHzpulsopré-trigger30MHzpulsoLORFcom.sintCA TRIFREGMIX
  19. 19. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGSensor Radar Pulsado Doppler1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARAtravés da medida simultânea dosvalores instantâneos dos vídeos Ii(t) eQi(t), pode-se recuperar o valorinstantâneo da fase φ(φ(φ(φ(ti)O cálculo da derivada da fase fornece avelocidade angular wd , à qual estárelacionada a velocidade radial médiaQ(t)I(t) = A.cos (wd.t)Q(t) = A.sin (wd.t)φ(t) = wd.t = 2π fd.twd = dφ(t)/dtwd = 4πvdr/λ18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 19drelacionada a velocidade radial médiaDoppler vdr dos alvos que deram origemaos sinaisSe wd > 0, a fase cresce com o tempoe o alvo se afasta do radar (vdr > 0)Se wd < 0, a fase decresce com otempo e o alvo se aproxima do radar(vdr < 0)I(t)Ii(t)Qi(t)φ(φ(φ(φ(ti)
  20. 20. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGEfeito Doppler1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARQuando um emissor de sinais oscilatórios e um receptor da oscilaçãoestão em movimento relativo entre si, o receptor notará umdeslocamento na frequência da oscilação recebida, em relação àfrequência efetivamente emitida pelo transmissor. É o chamado EfeitoDoppler-Fizeau (1842).Frequência aparente MAIOR queFrequência aparente MENOR que18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 20Frequência aparente MAIOR quea frequência emitida pela fonteVfonteFrequência aparente MENOR quea frequência emitida pela fonteReceptor “ouve” um sommais agudo que o realquando a fonte se aproxima
  21. 21. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGEfeito Doppler1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARPara o caso de um radar fixo, emitindo na frequência f0 e detectandoum alvo que está a uma distância r e em movimento a uma velocidaderadial vr, pode-se estabelecer o seguinte:o número total de comprimentos de onda λλλλ = c/ f0 contidos notrajeto de ida e volta entre radar e alvo é 2r/λλλλ;a excursão total da fase do sinal nesse trajeto é então φ = 4πφ = 4πφ = 4πφ = 4πr/λλλλ18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 21a excursão total da fase do sinal nesse trajeto é então φ = 4πφ = 4πφ = 4πφ = 4πr/λλλλcomo o alvo se move, a distância r varia na razão dr/dt = vr,fazendo com que a fase também varie, isto é, gerando umavelocidade angular Doppler:wd = 2ππππfd = dφ /φ /φ /φ /dt = 4π (4π (4π (4π (dr/dt)/λλλλ = 4π4π4π4π vr/λλλλ
  22. 22. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGEfeito Doppler1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARLogo, pode-se definir uma frequência fd e uma velocidade vdrDoppler como sendo:2vdr 2vdr f0 λλλλ fdfd = ------ = -------- vdr = ------λλλλ c 2Por convenção, alvos que se aproximam têm velocidade radial18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 22Por convenção, alvos que se aproximam têm velocidade radialnegativa e os que se afastam têm velocidade radial positivaA frequência dos sinais dos ecos do alvo móvel será recebida peloradar como sendo fr = f0 + fd
  23. 23. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGAmbiguidades nas Medidas de Posição1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARO processo de medida executado por radares pulsados seconstituí naturalmente por uma amostragem feita através dacadência dos pulsos emitidos pelo radar, na frequência fp (PRF).Medidas feitas por amostragem podem apresentar resultadosambíguos, isto é, que permitem dupla interpretação.Já vimos que a distância não ambígua máxima é18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 23Já vimos que a distância não ambígua máxima érUmáx = cT/2 = c/2 fpAlvos que estejam além da distância não ambígua máximapoderão ser detetados e apresentados a uma distância menorque a não ambígua máxima, causando interpretações errôneas.
  24. 24. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGAmbiguidades nas Medidas de Velocidade1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARSegundo Nyquist, toda amostragem deve ser feita com umafrequência no mínimo o dobro da maior frequência do sinal objetoamostrado, para que haja uma estimativa correta do conteúdoespectral do mesmo: fN >= 2>= 2>= 2>= 2fobj máxAssim, a frequência Doppler não ambígua máxima é:18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 24fdUmáx = fp/2 = 1/2TLogo, a velocidade Doppler não ambígua máxima é:vdrUmáx = λλλλ fp /4A combinação das duas restrições estabelece o chamado “DilemaDoppler”:vdrUmáxrUmáx = cλλλλ /8
  25. 25. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGAmbiguidades nas Medidas de Velocidade1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARUma analogia sobre a amostragem em frequência pode ser o usode luzes estroboscópicas para medir a frequência de rotação de umobjeto com uma marca de referência. Aumentando e diminuindo afrequência dos pulsos de luz, vai-se observando a marca até queela fique aparentemente “parada”. Essa será então a frequência derotação do objeto (ou um sub-múltiplo dela).18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 25rotação do objeto (ou um sub-múltiplo dela).É o que também ocorre em uma filmagem a 24 quadros/seg de umacarroça com raios nas rodas. Quando a velocidade da carroça nãoé constante, em alguns momentos pode-se ter a ilusão de que aroda está rodando no sentido inverso ao esperado.
  26. 26. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGDeteção de Sinais e Extração de Informações1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADARNa recepção, a EEM de retorno dos alvos (ecos radar) é captada pelaantena e convertida em potência de RF (2,7 GHz) na saída doduplexador.Após amplificação pelo LNA, é gerada a potência de RF na saída, aqual é multiplicada, no Misturador, pelo sinal de RF da saída do STALO,dando origem ao sinal de FI em 30 MHz, modulado pelos ecos.18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 26dando origem ao sinal de FI em 30 MHz, modulado pelos ecos.Após amplificação e filtragem, o sinal de FI é processado por:detector de envoltória, para a extração da informação de amplitudedos sinais recebidos, gerando o sinal LOG(t).demodulador de fase, para a geração dos sinais I(t) e Q(t),destinados à extração da informação da diferença de fase entre osinal recebido e a amostra da fase do sinal transmitido.
  27. 27. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGDeteção de Sinais e Extração de Informações1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADAROs sinais gerados (I, Q e LOG) são entregues a um processadordigital de sinais(SDP), para:digitalização, filtragem e processamento pulso-a-pulso.processamento de dados em cada radial radar (raio).geração de dados de posição, intensidade, velocidade, etc.18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 27Relógio de Sincronização e Temporização do RadarAmostras do Sinal Recebido, Após Conversão Analógico/DigitalSinal de Vídeo Logarítmico na Saída do Receptor (ECOS)Pulsos Emitidos pelo TransmissortttττττT = 1/f0Tat
  28. 28. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGDeteção de Sinais e Extração de Informações1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADAROs dados de cada radial radar, gerados pelo SDP, são enviados aum Computador de Dados Radar (RDC).Tais dados podem estar disponíveis para visualização em temporeal, como série temporal ao longo da execução da varredura.O RDC transfere os dados brutos polares 3D para uma estação de18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 28O RDC transfere os dados brutos polares 3D para uma estação detrabalho (LOW), onde são armazenados e agrupados para permitir aextração dos produtos radar.A geração dos produtos é feita em conformidade com parâmetrosestabelecidos em algorítmos de extração de imagens dos dados.Tais produtos resultam nas imagens, úteis para a visualização dosresultados pelos usuários.
  29. 29. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGApresentação e Disseminação das Informações1. PRINCÍPIOS GERAIS DE RADAROs produtos assim geradas são apresentadas em terminais deusuários, seja local, seja remotamente.A disseminação pode ser feita para uso de um ou mais usuários,via rede local ou via rede extendida.Os dados e os produtos podem também ser armazenados18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 29Os dados e os produtos podem também ser armazenadosdigitalmente.
  30. 30. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERING2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAMEDIDAS USUAIS POR RADAR METEOROLÓGICOMEDIDAS DE LOCALIZAÇÃOMEDIDAS DE REFLETIVIDADE:A EQUAÇÃO RADAR18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 30A EQUAÇÃO RADAR METEOROLÓGICONOÇÕES DE CÁLCULO LOGARÍTMICOMDS – MÍNIMO SINAL DETETÁVELMEDIDAS DE VELOCIDADEMEDIDAS DE LARGURA ESPECTRALPARÂMETROS [Z], [V] E [W]RELAÇÃO ENTRE [Z] E [R]
  31. 31. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas Usuais por Radar Meteorológico2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAMEDIDAS DE LOCALIZAÇÃODistância entre o radar e os alvosPosição angular de elevação e azimute, em coordenadas polares,dos alvos em relação ao radarDistribuição espacial dos ecos dos alvos, na área de cobertura doradar18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 31radarMEDIDAS DE REFLETIVIDADE (INTENSIDADE DOS ECOS)Taxa de refletividade radar dos alvosMEDIDAS DE VELOCIDADEVelocidade radial média Doppler de deslocamento dos alvos emrelação ao radarSentido de deslocamento dos alvos em relação ao radarVariância da velocidade radial dos deslocamentos dos alvos emrelação ao radar
  32. 32. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Localização2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAA distância entre o radar e os alvos é medidaindiretamente, a partir da medida do tempodecorrido entre a emissão dos sinais pelo radare a recepção dos sinais de ecos desses alvos,levando-se em conta a velocidade depropagação das ondas no meio.Denomina-se “range gate” a essa distânciaT = 1 /fpPULSOSEMITIDOSECOSRECEBIDOSτ18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 32Denomina-se “range gate” a essa distância(logo, tempo) em que o eco de um alvo foiamostrado e medido pelo processamento doradar.Tais medidas são feitas na radial deapontamento entre o radar e o alvo (radialradar).A distância não ambígua máxima érUmáx = cT/2 = c/2 fpτ = largura (duração) do pulso transmitidoT = período de repetição de pulsosfp = frequência de repetição de pulsos (PRF)tr = tempo entre início da emissão do pulso eamostragem do eco (range gate)c = velocidade de propagação das ondas EM nomeior = distância entre o radar e o alvotrr = c tr/2
  33. 33. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Localização2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAr0 = 8500 kmHr = 2 kmHm = 25 kmr1 = 186 kmr2 = 184 kmr3 = 652 kmr4 = 542 kmr1HmHrr2r3r4h1h2h3r5d00ABCDTPara fp = 250 Hz:18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 33r4 = 542 kmr5 = 652 kmh1 =h2 = 25 kmh3 =d0 = 652 kmr0EDesenho FORA DE ESCALA !Para fp = 250 Hz:rUmáx = 600 km
  34. 34. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Localização2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDABEAM HEIGHT H x RANGE r x ELEVATION ΦΦΦΦ60,070,080,0H = [r2 + Re2 +2.r.Re.sin(ΦΦΦΦ)]0,5 – Re + Ha Re = (4/3) Rgeo = 4590 NM Ha = 0 ft18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 340,010,020,030,040,050,010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200RANGE [NM]HEIGHT[kft]0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 15,0 20,0Produced by EThICS Engineering
  35. 35. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Localização2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAHá alvos que são puntiformes, isto é, têmdimensões tais que dão ecos como pontosconcentrados no espaço, tais comoaeronaves e veículos terrestres.Os ecos de alvos puntiformes sãoapresentados como pulsos a umadistância determinada.rh = c τ / 2eco puntiforme18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 35distância determinada.Há alvos que são distribuídos no espaço,isto é, preenchem um volumeconsiderável dentro do feixe do radar, taiscomo as chuvas e os ecos de solo. Seusecos são distribuídos ao longo da radial doradar.Os ecos de alvos distribuídos sãoapresentados distribuídos ao longo deuma região angular.eco puntiforme0 treco distribuído
  36. 36. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Localização2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAVOLUME ILUMINADO PELO PULSOθθθθ0 = ângulo de -3dB do feixe, na horizontalφφφφ0 = ângulo de -3dB do feixe, na verticalh = cτ /2• O volume aumenta com o quadrado dadistância.• Dois ou mais alvos que couberem dentrodo volume iluminado pelo pulso serãotomados como um só alvo, resultando emum único eco.• V representa a resolução volumétricado radar.π (r 2) θ0 φ0 hV = ------------------18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 36do radar.V = ------------------8 ln 2φφφφ0/2hθθθθ0/2r
  37. 37. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Localização2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAA(x, y, z) = Localização do ponto A num sistema de coordenadas cartesianas, centrado noradar e com o Norte como referência para eixo YA(r, θθθθ, φφφφ) = Localização do ponto A num sistema de coordenadas polares, centrado no radare com o Norte como referência angularZ NAArZ18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 37XY0θ (AZ)φ (EL)rAhrhorEhrhorr0 XrgPara o centro da TerraNível Médio do Mar (1013 mb)Curvatura Terrestreφ (EL)
  38. 38. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Localização2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDARange = r = distância entre a origem 0 e o ponto A.Slant range = range = medida feita em ângulo com a horizontal.Ground range = rg = distância entre dois pontos medida seguindo acurvatura terrestre.θ = Azimuth = azimute = ângulo medido em relação à direção Norte.18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 38θ = Azimuth = azimute = ângulo medido em relação à direção Norte.φ = Elevation = elevação = ângulo medido em relação à horizontal.Heigth = h = altura = distância medida na vertical, entre o ponto A e oplano horizontal de referência (contém o ponto 0).Altitude = altitude = distância medida na vertical, entre o ponto A e onível médio do mar (1013 mb).
  39. 39. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Refletividade – A Equação Radar2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAUma antena isotrópica irradiaigualmente em todas as direções.A potência pt de transmissão serádistribuída pela superfície de umaesfera de raio r com uma densidadeSt, uniforme.A antena do radar não é isotrópica,rptStÁrea da esfera = 4ππππr218/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 39A antena do radar não é isotrópica,mas sim diretiva, possuindo direçõespreferenciais (feixe principal e lóbuloslaterais) nas quais a potência é maisconcentrada que em outras.A relação entre a densidade depotência na direção de máximo e adensidade de potência isotrópica nomesmo ponto é definida como oGANHO g da antena.O ganho da antena é válido tanto paratransmissão quanto para recepção.Antenaisotrópicapt = potência transmitidaSt = densidade de potência de transmissão,na superfície da esferai = antena isotrópicad = antena diretiva, com ganho g na direçãodo máximopt pt gSti = -------- Std = ---------4ππππ r2 4ππππ r2
  40. 40. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Refletividade – A Equação Radar2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAUm alvo de área σσσσ, que estiver a umadistância r da antena, quando foriluminado pelo feixe principal daantena do radar, interceptará umapotência pσσσσ.Supondo que o alvo reirradiaráisotrópicamente toda a energiainterceptada, parte dessa energiargptpσStλ1. Radar iluminando o alvo com ganho diretivo:σpσ = St σpt g σpσ = -----------4 π r22. Alvo reirradiando em todas as direções (isotrópico):18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 40isotrópicamente toda a energiainterceptada, parte dessa energiaalcançará a antena com umadensidade Sr.Na recepção, a antena apresentaráuma área efetiva Ae, interceptandouma potência pr.A área efetiva Ae da antena pode serexpressa em função de seu ganho g.Estamos supondo (para simplificar)que não há perdas de potêncianesses caminhos entre antena e alvo.pt g σ Ae pt g2 λ 2 σpr = ------------ = ---------------(4 π r2)2 4 π (4 π r2)2g λ 2Ae = -------4 π2. Alvo reirradiando em todas as direções (isotrópico):rpσλAeSrprpσ pt g σSr = ------- = ----------4 π r2 (4 π r2)23. Radar recebendo a potência reirradiada pelo alvo:pr = Sr Ae
  41. 41. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Refletividade – A Equação Radar2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAA partir das relações anteriores, obtém-se arelação entre:a potência recebida;a potência transmitida;o ganho da antena;o comprimento de onda de operação dopt g2 λλλλ2 σσσσpr = ---------------64 ππππ3 r418/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 41o comprimento de onda de operação doradar;a área do alvo;a distância entre o alvo e o radar.A área do alvo se refere ao tamanho com queo radar “vê” o alvo, com dimensões que sãodiferentes das dimensões ópticas humanas.Denomina-se então como “σσσσ” a área dasecção reta de retrodifusão radar do alvo.EQUAÇÃO RADAR PARA UM ALVOPUNTIFORMEDE SECÇÃO DE RETRODIFUSÃO σσσσ,LOCALIZADONO CENTRO DO FEIXE PRINCIPAL DAANTENA,A UMA DISTÂNCIA r.
  42. 42. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Refletividade – A Equação Radar2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDARETRODIFUSÃO DE ALVOS:A retrodifusão pelos alvos dependerá dosseguintes elementos:Tamanho do alvo;Formato do alvo;Estado físico do alvo;Comprimento de onda da energia EM doR = raio da esferaD = diâmetro da esferaσ = secção de retrodifusão radarλ = comprimento de onda radar|K|2 = parâmetro relacionado com oíndice de refração complexo do materialda esfera18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 42Comprimento de onda da energia EM doradar.O cálculo analítico de σσσσ (secção de retrodifusãoradar ou secção reta radar) para alvos deformatos complexos é também complexo.O formato de muitos alvos meteorológicos sãosimples e a maioria dos hidrometeorospossuem formato aproximadamente esférico.As dimensões “elétricas” de uma esfera podemser definidas pela relação entre o seu diâmetroe o comprimento de onda.CRITÉRIOS PARA CLASSIFICAR TAMANHOS DEESFERAS:D/λ > 10 σ = π R2D/λ < 0,1 π5σ = --- |K|2 D6λ4ESFERA GRANDE:ESFERA PEQUENA:Lei de RAYLEIGHcondição devalidade dalei de Rayleigh
  43. 43. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Refletividade - A Equação Radar Meteorológico2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAπ (r 2) θ0 φ0 hV = ------------------8 ln 2π5 π5 π6 (r 2) θ φ h |K|2 ZDi6Z = Σ ----VZ.V = Σ Di6(D/λ < 0,1)Por definição, Z = taxa de refletividade radar:18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 43pt g2 λ2 (Σ σi )pr = --------------------64 π3 r4π5 π5 π6 (r 2) θ0 φ0 h |K|2 ZΣ σi = --- |K|2 Σ Di6 = ---- |K|2 Z.V = ---------------------------λ4 λ4 8 ln2 λ4cππππ3 pt g2 ττττ θθθθ0000 φφφφ0000 |K|2 Zpr = ------------- x ----------------- x --------1024 ln2 λλλλ2 Li Le r2h = cτ /2Incluindo agora as perdas:Li = perdas internas ao radarLe = perdas externas ao radarconstantenuméricaconstanteconstrutiva do radarvariáveldependente doalvo e de sualocalização
  44. 44. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Refletividade - A Equação Radar Meteorológico2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA1,27λφ0 [rad] = θ0 [rad] = --------Dacλ = ---f4π ρa Ag = ----------λπ D2A = ------A = área física da antenaDa = diâmetro útil da antenar = eficiência da abertura da antenacππππ3 pt g2 ττττ θθθθ0000 φφφφ0000 |K|2 Zpr = ------------- x ----------------- x --------1024 ln2 λλλλ2 Li Le r218/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 44fλ2 4 ra = eficiência da abertura da antenaExecutando assubstituiçõesdevidas, temos:Z [mm6/m3] = 1018.Z [m6/m3] Z[dBZ] = 10 log Z [mm6/m3] = 180 + Z [dB](1,27)2 ππππ710-18 pt ρρρρa2 Da2 f4 ττττ |K|2 Z[mm6/m3]pr = ------------------ x ------------------ x -----------------1024 ln2 c3 Li Le r2constantenuméricaconstanteconstrutivado radarvariáveldependente doalvo e de sualocalização
  45. 45. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Refletividade - A Equação Radar MeteorológicoCondições para que a equação radar meteorológico sejaválida:O volume do pulso esteja homogeneamente preenchido com gotas demesmo diâmetro.As gotas tenham formato esférico.O diâmetro das gotas seja pequeno em relação ao comprimento de2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 45O diâmetro das gotas seja pequeno em relação ao comprimento deonda.A antena é bem definida por um feixe tipo “lápis”.Os efeitos secundários podem ser desprezados.
  46. 46. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGNoções de Cálculo Logarítmico2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAa log (a) 10 x log(a) dB1 - 0,00000 0,002 0,30103 3,01030 3,003 0,47712 4,77121 4,774 0,60206 6,02060 6,005 0,69897 6,98970 7,006 0,77815 7,78151 7,80Seja (a) > 0Por definição:a [dB] = 10 x log (a)18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 467 0,84510 8,45098 8,458 0,90309 9,03090 9,009 0,95424 9,54243 9,6010 1,00000 10,00000 10,0Sejam (a/b) = n > 0 e (a.b) = p >0(a/b) [dB] = 10 x log (a/b)= 10 x log (a) – 10 x log (b)= a [dB] – b [dB] = n [dB](a.b) [dB] = 10 x log (a.b)= 10 x log (a) + 10 x log (b)= a [dB] + b [dB] = p [dB]Seja (a) = 0,1 = 10-1Então:a [dB] = 10 x log 10-1= -10 dB
  47. 47. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGNoções de Cálculo Logarítmico2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDASejam P1 = 10 WP2 = 20 WIsto é: P2 = 2 x P1 ou também P2/P1 = 2P1 [dBW] = 10 x log 10 [W] = 10 dBWP2 [dBW] = 10 x log 20 [W] = 10 x log (2 x 10) [W] = 13 dBW18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 47Seja Z1 = 1 mm6/m3Então:Z1 [dBZ] = 10 x log Z1 [mm6/m3]= 10 x log 1 [mm6/m3]= 0 dbZP2 [dBW] = 10 x log 20 [W] = 10 x log (2 x 10) [W] = 13 dBWP2/P1 [dBW] = P2 [dBW] – P1 [dBW] = 3 dB
  48. 48. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGNoções de Cálculo Logarítmico2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA10000 mW 40 dbm10 W100 W1000 W10000 W10 dbW20 dBW30 dBW40 dBW1010010001000010 dB20 dB30 dB40 dB10 mm6/m3100 mm6/m31000 mm6/m310000 mm6/m310 dbZ20 dBZ30 dBZ40 dBZ60 dBW106W18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 481000 mW10000 mW100 mW10 mW1 mW0.1 mW30 dBm40 dbm20 dBm10 dBm0 dBm-10 dBm-20 dBm0.01 mW0.00001 W1 W10 W0.1 W0.01 W0.001 W0.0001 W0 dBW10 dbW-10 dBW-20 dBW-30 dBW-40 dBW-50 dBW1100.10.010.0010.00010.000010 dB10 dB-10 dB-20 dB-30 dB-40 dB-50 dB 0.00001 mm6/m31 mm6/m310 mm /m0.1 mm6/m30.01 mm6/m30.001 mm6/m30.0001 mm6/m30 dBZ10 dbZ-10 dBZ-20 dBZ-30 dBZ-40 dBZ-50 dBZ-110 dBm10-11mW110dB90dB
  49. 49. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Refletividade - A Equação Radar Meteorológico2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA(1,27)2 ππππ710-18 pt ρρρρa2 D2 f4 ττττ |K|2 Z[mm6/m3]pr = ------------------- x ----------------- x ------------------1024 ln2 c3 Li Le r2A BA =A =A =A = 2,54 x 10-43 m-3 .s3A =A =A =A = - 425,9 dBCalculando o valor de B para o um radar banda S típico:1 W = 103 mWp[dBW] = p[dBm] - 30 dBp[dBm] = p[dBW] + 30 dB1 km = 103 m+30 dB -60 dBp 850 kW +59,3 dB18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 49C = A + BC1us = - 425,9 + 382,2 = - 43,7 dBC2us = - 425,9 + 385,2 = - 40,7 dBprSP [dBm] = - 73,7 [dB] + |K|2[dB] - Le[dB] - 20log r[km] + Z[dBZ]prLP [dBm] = - 70,7 [dB] + |K|2[dB] - Le[dB] - 20log r[km] + Z[dBZ]+30 dB -60 dBptρρρρa2D2f4ττττLiT850 kW(0,55)2(4,00)2m2(2,742 x 109)4 s-41,00 x 10-6 s- 0,54 dB+59,3 dB-5,2 dB+12,0 dB+377,5 dB-60,0 dBB +382,2 dB1,649x1038 W.m2.s-3LiR- 0,96 dB- 0,54 dB- 0,96 dB
  50. 50. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMDS - Mínimo Sinal DetetávelToTcLaTemp ambienteTemp aparente do céuTaTtrLrPerda dissip antenaTemp contrib antenaTemp física elem RFPerda física elem RFPadrão de referênciaPior caso (2 e 3 GHz)Valor estim (0,10 dB)To+(0,88Tc-254)/LaValor estimado (30 C)Valor medido (0,96 dB)290 K100 K1,02127,3 K303 K1,25EXEMPLO DE CÁLCULO DE MDSMDS = k.Ts.Bn .SNRmín2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAMODO SP 1us LP 2usVALOR CALCULADO [dBm] -110,2 -113,218/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 50TrFnTeTsTemp contrib elem RFFator ruído receptorTemp ruído receptorTemp ruído de sistemaTtr (Lr-1)Valor espec (2,5 dB)To (Fn -1)Ta+Tr+LrTe (Blake)75 K1,78225,7 K484,4 Kk Const de BoltzmannBnBnSNRmMDSLarg faixa filtroFator de formaLarg faixa ruídoRel Sinal/Ruído mínMín Sinal DetectávelValor definido [W.s/K] 1,38E-23Para pulso de 2 us (LP) 600 kHzB.τ = n para o filtro 1,2n.B 720 kHzValor definido 1k.Ts.Bn.SNRm 4,81E-15 WVALOR CALCULADO [dBm] -110,2 -113,2
  51. 51. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMDS - Mínimo Sinal Detetável2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAZmín (200 km) SP = MDS SP + 73,7 - |K|2[dB] + Le[dB] + 20log r[km]QUAIS OS VALORES DE Z [dB] MÍNIMOS DETETÁVEIS?Zmín (200 km) LP = MDS LP + 70,7 - |K|2[dB] + Le[dB] + 20log r[km]18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 51r = 200 kmLe[dB] = 6 dB (estimativa)|K|2[dB] = - 0,32 dB (água líq)MDS SP = - 110,2 dBmMDS LP = - 113,2 dBmZmín (200 km) SP = 15,8 dBZZmín (200 km) LP = 9,8 dBZZ0mín (1 km)SP = -30,2 dBZZ0mín (1 km)LP = -36,2 dBZ
  52. 52. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMDS - Mínimo Sinal Detetável2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDAUM EXERCÍCIO DE CÁLCULO COM GOTAS ESFÉRICASVesf = π.(D^3)/6Z = Σ D^6/V mm6/m3Z = a.R^b mm6/m3R = (Z/a)^(1/b) mm/hMgota = (ρ água)*Vgota kg18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 52V = 1 m31000 gotas de 1 mmde diâmetro cadaMgota = (ρ água)*Vgota kgDgota 1,000 mm 0,001 mQgota 1000ρ água 1000 kg/m3Vcubo 1,00 m3a 200b 1,6Vgota 5,24E-10 m3Mgota 5,24E-07 kg 0,524 mgMágua 0,000524 kg 524 mgZgota 1,0000 mm6/m3 0,00 dbZZvol 1000,00 mm6/m3 30,00 dbZRvol 2,73 mm/h
  53. 53. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Velocidade – Exemplos2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDACampo linear deventosNNW NE18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 53SEWSW SEAzuis = velocidades radiais negativas= ventos entrando no feixe radarLaranjas = velocidades radiais positivas= ventos saindo do feixe radarBrancos = velocidades radiais zero= ventos na transversal do feixe do radar
  54. 54. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Velocidade – Exemplos2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 54
  55. 55. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Velocidade – Exemplos2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 55
  56. 56. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Velocidade – Exemplos2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 56
  57. 57. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Velocidade – Exemplos2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 57
  58. 58. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Velocidade – Barbelas de Vento2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDACalm05 KnotsNorthHemisphereWindsSouthHemisphereWindsN18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 5810 Knots15 Knots20 Knots50 Knots65 KnotsW ESAZ
  59. 59. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Velocidade - ShearCORTANTES DE VENTO (SHEAR):As cortantes de vento (shear) são caracterizadas pelas existência dediferenças entre velocidades medidas em pontos distintos no espaço.O radar mede velocidades radiais médias, em cada range bin, obtendoo valor em módulo, a direção, o sentido e o ponto de aplicação de cadavetor velocidade no espaço de medição.Em princípio, pode-se avaliar as diferenças entre dois vetores quaisquer2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 59Em princípio, pode-se avaliar as diferenças entre dois vetores quaisquerdesse espaço de medição, obtendo um vetor resultante para cada parde vetores.A compilação de shear é feita entre dois ou três vetores representantesdas velocidades medidas em dois ou três range bins adjacentes. Pode-se, dessa forma, avaliar o shear segundo diferentes direções deinteresse: radial, horizontal, vertical, azimute, tridimensional, ...A representação no plano da distribuição dos valores de shear assimcompilados, permite reconhecer a existência de convergências edivergências de ventos nas regiões de interesse, que podem estarsendo causadas por downbursts, microburts, gust fronts, etc.
  60. 60. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Largura EspectralVARIÂNCIA DE VELOCIDADES:Consideremos um determinado volume radar a uma distância r,contendo um certo número de gotas.No intervalo de tempo entre a chegada de um pulso e o pulso seguinte,as gotas terão se deslocado de forma quase independente entre si.Os sinais de ecos recebidos desse volume após cada pulso terão2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 60Os sinais de ecos recebidos desse volume após cada pulso terãodiferentes “assinaturas” dos alvos contidos nesses volumes.Além das diferenças de intensidades (Z), existirão as diferenças develocidade radial Doppler.Considerado o número de pulsos adotados para o cômputo das médiastemporais, pode-se entender que teremos uma distribuição de valoresde velocidades para tal volume. Essa distribução se caracterizará poruma valor médio da velocidade (resultando no valor de V) e umavariância (resultando no valor de W).
  61. 61. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGMedidas de Largura EspectralTURBULÊNCIA:Quanto mais turbulenta estiver a atmosfera, naquele volume e naqueleperíodo de medição, maior será a agitação das gotas e maiores serãoas diferenças entre os valores de velocidade a cada amostragem pelospulsos.Há, então, uma relação direta entre o estado de turbulência da2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 61Há, então, uma relação direta entre o estado de turbulência daatmosfera e a largura espectral de velocidades.Quando não há gotas presentes mas há fortes variações do índice derefração da atmosfera, também será possível detetar variâncias noespectro de velocidades obtidos pela amostragem de volumes noespaço pelo radar.
  62. 62. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGParâmetros [Z], [V] e [W][Z] = taxa de refletividade radar dos alvosmedida em [mm6/m3] ou em dBZestá relacionada com a potência dos ecos recebidos, conforme a equação do radarmeteorológicoestá relacionada com a quantidade e as dimensões das gotas contidas em cadavolume de resolução radaré suposto que a condição de Rayleigh é atendida (que as gotas são pequenas)[V] = velocidade radial média dos alvos2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 62[V] = velocidade radial média dos alvosmedida em [m/s]está relacionada com a variação no tempo da fase dos sinais dos ecos recebidos emrelação à fase dos sinais dos pulsos transmitidosestá relacionada com a direção e o sentido do deslocamento dos alvos em relação aoradar, medidos na radial de apontamentocalculada como a velocidade devida ao efeito Doppler[W] = largura espectral de velocidadesmedida em [m/s]está relacionada com a variância da distribuição do espectro de velocidades Dopplergerado pelas contribuições de cada gota contida no volume de resolução do radarestá relacionada com o regime de turbulência existente no interior do volume deresolução no momento da amostragem
  63. 63. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGRelação entre [Z] e [R][R] = Taxa de Precipitação[Z] [mm6/m3] é proporcional a ~Di6[R] [mm/h] é proporcional a ~Di4Para se obter a relação entre [Z] e [R], énecessário conhecer a função densidadede distribuição das gotas pelos seusdiâmetroslog N2. O RADAR COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 63Análises por regressão linear permitiramestabelecer que Z = aRbComo a e b dependem do espectro degotas, difícil de se conhecer na prática,experimentos levaram a diferentesrelações empíricas entre [Z] e [R]Os valores de a e b variam no decorrer dotempo de vida e ao longo do espaço deum fenômeno meteorológicoHoje existem centenas de valores de a eb propostos para diferentes situaçõesZ.V = Σ Di6 R.V = Σ viDi3R = taxa de precipitaçãovi = velocidade limite de queda da gotaDi = diâmetro da gotaV = volume de medidavi ∼ kD0,67D
  64. 64. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERING3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADARCAMPOS DE ATUAÇÃO DE RADARES METEOROLÓGICOSEFEITOS INCONVENIENTES DE PROPAGAÇÃOCLUTTER RADAR EM METEOROLOGIAALVOS NÃO-ATMOSFÉRICOS18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 64ALVOS NÃO-ATMOSFÉRICOSALVOS ATMOSFÉRICOS E METEOROLÓGICOS
  65. 65. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGCampos de Atuação de Radares Meteorológicos3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADARA figura a seguir apresenta o DOMÍNIO ESPAÇO-TEMPORALCARACTERÍSTICOS DOS FENÔMENOS METEOROLÓGICOS.A adaptação foi produzida com base no diagrama de SMAGORINSKY(1974), referenciado em SAUVAGEOT, H. “Radarmétéorolgie – TélédéctionActive de l´Atmosphère” (1982).A figura mapeia a localização dos principais fenômenos atmosféricos18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 65A figura mapeia a localização dos principais fenômenos atmosféricossegundo suas dimensões horizontais e durações características.São mostradas também as definições das escalas de micro, meso e macrodimensões dos fenômenos, com base em ATKINSONS (1981).Foi acrescentado o principal domínio de atuação de diferentes radaresmeteorológicos, sobreposto às escalas e domínios dos fenômenos.Não estão representadas as gamas dinâmicas das intensidades dosfenômenos.
  66. 66. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERING3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADARCamposdeAtuaçãodeRadaresMeteorológicosdifusãomoleculardifusão turbulentahorizontalMACROMACROMACROMACROESCALAESCALAESCALAESCALALINHAS DE INSTABFRENTESFURACÕESPRINCIPAL CAMPODE ATUAÇÃO DERADARESMETEOROLÓGICOSDOMÍNIO ESPAÇO-TEMPORAL DOS FENÔMENOS ATMOSFÉRICOS105km104km103km102km10km1km100m10m1m10cm1cm105106107108anomêssemanadia18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 66CamposdeAtuaçãodeRadaresMeteorológicosTurbulência depequena escalaondas degravidadeinternasexternasondassônicasinternasMESOESCALAMESOESCALAMESOESCALAMESOESCALAMICROESCALAMICROESCALAMICROESCALAMICROESCALACONVPROFUNDATORNADOSCATTROVOADAS10-210-1 100 101 102 103 104 105 106 107 10810010110210310410-1horaminutosegundoESCALA HORIZONTAL CARACTERÍSTICA L (m)
  67. 67. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGEfeitos Inconvenientes de Propagação3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADARO desempenho do radar é reduzido ou sofre distorções pelos efeitosdos fenômenos de propagação da EEM na atmosfera, quandocomparado com o desempenho em espaço livre.A EEM sofre efeitos em função da composição e estado físico do meio,bem como de eventuais obstáculos ou situações anômalas.Tais efeitos são indesejados e inconvenientes às finalidades de uso doradar meteorológico.18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 67radar meteorológico.É conveniente distinguir duas regiões de propagação:região óptica ou região de interferência: é a que está na linha de visadado radar (observação direta).região de difração: é a que está além do horizonte do radar, onde aenergia radar ali encontrada é usualmente devida à difração pela superfíciena curvatura terrestre ou pela refração pela atmosfera terrestre.
  68. 68. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGEfeitos Inconvenientes de Propagação3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADAROs efeitos inconvenientes mais importantes são:AtenuaçãoRefraçãoReflexãoEcos do lóbulos laterais da antenaEcos de segunda viagemEcos de espelho18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 68Ecos de espelhoEfeitos de sombras (ocultação do feixe)Ecos de “anjos”Ecos de clutterA maioria das causas desses efeitos não podem sercontroladas ou removidas.Algumas causas poder ser controladas, porém a custos muitoaltos, na maioria das vezes.Há que se aprender a conviver com elas e seus efeitos.
  69. 69. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGEfeitos Inconvenientes de Propagação3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADARAtenuação:É a perda de potência pelo espalhamento e absorção das ondas EM ao sepropagar na atmosfera. Pode ser classificada em função de suas causas:Atenuação AtmosféricaAtenuação pelas NúvensAtenuação pelas ChuvasAtenuação pela Neve18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 69Atenuação pela NeveAtenuação pelo GranizoOs efeitos da atenuação, para cada uma das causas acima, é função dotipo dos materiais, de suas densidades e estado físico, de suas distribuiçõesno espaço de propagação e da frequência de operação do radar.Deve-se levar em conta as atenuações em ambos os caminhos depropagação entre o radar e os alvos (atenuação de ida e de volta dossinais).
  70. 70. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGEfeitos Inconvenientes de Propagação3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADARRefração:É a mudança da direção de propagação em função da densidade do meiode propagação; as ondas tendem a se propagar na direção da maiordensidade.Refração padrão: ocorre dentro da atmosfera padrão.Sub-refração: ocorre quando há maior decréscimo da temperatura com aaltura e/ou quando a umidade é menor que o normal.18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 70altura e/ou quando a umidade é menor que o normal.Super-refração: ocorre quando o decréscimo da temperatura com aaltura é menor e/ou quando a umidade é maior que o normal.Dutos: ocorre quando há uma forte inversão na camada inferior datroposfera, ficando a energia EM retida dentro das duas camadas.Se a atmosfera terrestre fosse perfeitamente uniforme (o mesmo índice derefração em todos os pontos), a EEM do radar se propagaria em linha reta.Devido à esfericidade da terra e que a atmosfera forma uma camada sobrea Terra, o feixe radar fica mais alto na atmosfera à medida que se afastado radar (efeito da curvatura terrestre).
  71. 71. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGEfeitos Inconvenientes de Propagação3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADARRefração:A variação do índice de refração fará com que o feixe radar siga umatrajetória curva na atmosfera. Na atmosfera normal, o feixe se curva emdireção às camadas mais baixas da atmosfera.Como é mais conveniente considerar uma trajetória reta, se usa o artifíciode aumentar o raio da Terra. O raio efetivo é calculado como 1,1xRgeo a1,6xRgeo, dependendo das condições.18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 711,6xRgeo, dependendo das condições.Para a atmosfera normal, usa-se o valor Reff = (4/3)xRgeo.A super-refração faz com que o feixe alcance alvos no solo em distânciasmaiores que o normal. A isso se denomina “propagação anômala”.ReflexãoAlguns obstáculos no solo podem se comportar como “espelhos” para aenergia do radar, refletindo o feixe.Isso pode causar “dupla” deteção de um mesmo alvo pelo radar: uma vezpelo apontamento direto e outra pelo feixe refletido. Os dois ecos domesmo alvo aparecerão a distância e ângulos diferentes, dando aimpressão de serem de dois alvos distintos.
  72. 72. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGEfeitos Inconvenientes de Propagação3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADAREcos do lóbulos laterais da AntenaSão devidos à irradiação e ao retorno de sinais através dos lóbuloslaterais.Típicos: clutter de solo, múltiplos topos de ecos em RHI, anéis a curtasdistâncias em RHI.Ecos de segunda viagem18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 72Em super-refração, é possível receber ecos de longas distâncias.Caso a distância seja maior que a distância não-ambígua, os ecos podemaparecer “dobrados” a uma distância que é menor que a real.Ecos de espelhoQuando o feixe radar é apontado para um edifício (por ex.), o mesmopode servir de espelho para as ondas radarPode ser possível então observar uma mesma precipitação com dois ecosem azimutes distintos.
  73. 73. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGEfeitos Inconvenientes de Propagação3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADAREfeitos de sombras (ocultação do feixe)Quando o feixe radar é apontado para um edifiício ou uma montanha, osalvos que estão “atrás” deles estão “na sombra”, e portanto não estãovisíveis.Ecos de “anjos”São ecos que não são atribuíveis a alvos bem conhecidos, podendo seroriginados, na maioria das vezes, por:18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 73originados, na maioria das vezes, por:CAT - Turbulência de Ar Claro, Insetos ou aves, Areia, poeira oufumaça.
  74. 74. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGClutter Radar em MeteorologiaOs alvos de interesse da meteorologia radar estão associados aosfenômenos e às atividades naturais da atmosfera terrestre.Outros objetos, naturais ou artificiais, existentes na atmosfera, sãotambém detectados pelo radar.Aqueles alvos que não são de interesse da meteorologia, são consideradoscomo clutter radar.Cada um desses alvos indesejáveis possui características próprias de3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADAR18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 74Cada um desses alvos indesejáveis possui características próprias derefletividade, velocidade e largura espectral, exercendo maior ou menorinfluência nos resultados de detecção de alvos úteis.Os alvos de clutter mais influentes sâo os ecos de solo e de mar e sãocaracterísticos de cada local de instalação do radar.Os parâmetros de processamento devem ser configurados para otimizar osresultados a filtragem (remoção) do clutter, em função da PRF, da largurade pulso e dos tipos de clutter do local.Mesmo o clutter de alvos “fixos” podem apresentar flutuações develocidade Doppler, em função dos movimentos da vegetação ou dasondas dos mares, bem como do movimento relativo do feixe da antena.
  75. 75. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGAlvos Não-AtmosféricosAlvos Pontuais:Alvos individuias com dimensões muito menores que o volume deamostragem do radar. São exemplos os seguintes: fumos, poeirasareias e partículas poluidoras, insetos isolados, pólen e sementes emsuspensão na atmosfera.Alvos-Padrão:Alvos construídos para apresentarem uma secção reta radar3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADAR18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 75Alvos construídos para apresentarem uma secção reta radarperfeitamente conhecida. Usados para calibração do radar.Podem ser traçadores, refletores e ressoadores artificiais.Pássaros:Individualmente, apresentam secções retas radar pequenas e função deseus tamanhos. Bandos podem apresentar áres e intensidadesconsideráveis.Insetos:Se apresentam como alvos pontuais distribuídos. Se deslocam com ovento ou flutuam na turbulência em baixas altitudes. Quando emgrandes quantidades, apresentam ecos perfeitamente detetáveis.
  76. 76. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGAlvos Não-AtmosféricosSolo, Vegetação, Mares, Rios e Lagos:Apresentam fortes ecos, em especial nas proximidades do radar. Osretornos são feitos, em sua maior parte, através dos lóbulos laterais daantena, embora o feixe principal possa também trazer retornos deelevações existentes na área de cobertura radar.A vegetação, quando se move com os ventos, pode prejudicar a3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADAR18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 76A vegetação, quando se move com os ventos, pode prejudicar aremoção do clutter de solo por filtragem Doppler.Os movimentos das marés também dão aos ecos dos mares umacaracterística própria como clutter radar.O processamento dos sinais recebidos desses alvos deve levar em contatais particularidades quando se deseja a remoção de tais ecos.As elevações podem se causar obstruções à propagação da EEM dofeixe radar, impedindo a deteção de alvos meteorológicos. Podemcausar também a refração do feixe.
  77. 77. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGAlvos Não-AtmosféricosAeronaves:Algumas são detetáveis mesmo a longas distâncias. Se apresentamcomo ecos pontuais, quando em áreas sem precipitação. A deteção émais provável em varredura volumétrica.Veículos Terrestres e Edificações.Algumas edificações podem causar bloqueio do feixe, dificultando a3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADAR18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 77Algumas edificações podem causar bloqueio do feixe, dificultando adeteção de precipitações naquela direção.Fontes de Emissão EM Interferentes:A energia interferente impede o processamento dos sinais oriundos dosalvos de interesse.Se mostra como “raios” que preenchem o setor correspondente ao feixeradar, ou como traços ou raias.Podem ter origem em transmissores de comunicação ou de outrosradares.
  78. 78. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGAlvos Atmosféricos e Meteorológicos3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADARRetorno de Ar Claro:Partículas e insetos em suspensão.Gradientes do índice de refração.Movimentos da atmosfera detectáveis: turbulência, ventos,microbursts, gust fronts.Núvens.18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 78Núvens.Precipitações:Chuvas.Neve.Banda brilhante.Granizo.Grandes Formações:Tempestades, frontais, linhas de instabilidade.Tornados, ciclones tropicais, furacões.
  79. 79. EThICS 907.002.01METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISEThICSENGINEERINGAlvos Atmosféricos e Meteorológicos3. A ATMOSFERA TERRESTRE E O RADARGAMA DINÂMICA:Desde abaixo do limite inferior da capacidade de detecção (-15 dBZ a 20 km) atéda ordem de +70 dBZÍNDICE DE REFRAÇÃO |K|2 (para λ = 10 cm)Para água em estado líquido: |K|2 = 0,931Para água na forma de gelo: |K|2 = 0,176DIMENSÕES ESPAÇO-TEMPO: Ver diagrama (Smagorinski) e tabela a seguir18/5/2013 Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 79DIMENSÕES ESPAÇO-TEMPO: Ver diagrama (Smagorinski) e tabela a seguirESCALAHORIZONTALESCALATEMPORALESCALA DEVELOCIDADES[m] [s] [m/s]Eddies dentro da região de dissipação 10-3(1mm) 10-3(1 ms) 1 1:1Micro-turbulência 101(10m) 101(1 s) 1 2:1Convecção em Cumulus 103(1km) 103(20 min) 1 2:1Cumulonimbus 104(10km) 103- 104(1 h) 3 5:1Agrupamento de núvens 105(100km) 104(3 h) 10 1:10Frontal 105(100km) 104(3 h) 10 1:5Ciclone (altitude intermediária) 106(1000km) 105(1 d) 10 1:500Ondas planetárias 107(10000km) 106(10 d) 10 1:1000ESCALAS TÍPICAS DE SISTEMAS DE MOVIMENTOS ATMOSFÉRICOSTIPO DE MOVIMENTO ATMOSFÉRICORELAÇÃOVERT/HORIZ

×