Millimeter bewolking radar
 
Een millimeterwolkradar is een verticaal gerichte weerradar die extreem hoge frequenties gebruikt, in de orde van 30 tot 100 GHz, om de wolken te onderzoeken die op het zenit passeren voor een grondradar, of eronder in het geval van geïntegreerde radar naar een satelliet . Het maakt het mogelijk om de macrofysische eigenschappen van wolken te bepalen, zoals hun hoogte en dikte, met een resolutie in de orde van enkele tientallen meters met een snelheid van één tot tien seconden.

De verkregen gegevens kunnen worden gecombineerd om de microfysische eigenschappen van deze wolken te schatten, zoals het gehalte aan ijskristallen en vloeibaar water, evenals de verticale bewegingen die daarin optreden. De beoogde toepassingen van deze grondradars zijn onder meer het gebruik voor de kalibratie en evaluatie van vergelijkbare gegevens van sensoren
die zijn gemonteerd op meteorologische satellieten, het volgen van luchtvaartwolken en het weersvoorspellingen.
 

(a) The MMCR with its 10-ft antenna at the ARM SGP site; the KAZR has a similar external design to the MMCR; (b) the WACR; and (c) the Ka/W-SACR.
 
Geschiedenis
 
Het gebruik van millimeterradar om wolken te monitoren is niet nieuw. De Amerikaanse luchtmacht ontwikkelde eind jaren 60 en begin jaren 70 35 GHz-radars voor haar vliegbases.
Deze verticaal gerichte AN / TPQ-11-radars waren niet uitgerust met de scan. Doppler-effect of dubbele polarisatie, maar ze hadden een goede gevoeligheid in reflectiviteit en maakte het
mogelijk om de structuur van wolken te beschrijven. Helaas hadden ze terugkerende operationele problemen, waaronder frequente storingen van hun magnetronzenders, en ze werden uiteindelijk in de jaren zeventig verlaten.

De positieve resultaten waren echter aanleiding voor de verdere ontwikkeling van millimetergolfradars door sommige onderzoeksgroepen in de jaren tachtig. De vooruitgang nam in de jaren negentig toe als reactie op een dringende internationale vraag naar een beter begrip van de belangrijke rol van wolken bij klimaatverandering, wat samenviel met grote vooruitgang in
radartechniek op millimetergolflengten.
 
Huidige netwerken 
In 2015 zijn er verschillende netwerken van dergelijke radars. De National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) ontwierp de ARM Cloud verticale millimeterradar en installeerde deze op verschillende locaties van het atmosferische stralingsprogramma van het Amerikaanse ministerie van Energie. Radars zijn continu actief op locaties in Oklahoma, Alaska en de westelijke Stille Oceaan. Ze zijn ontworpen om minimaal tien jaar automatisch te werken, met minimaal toezicht, op frequenties van 35 en 94 GHz.

Sinds het einde van de jaren 2000 is er een commerciële wolkenweerradar op de markt die werkt op 35,5 GHz en is ontworpen door METEK GmbH in samenwerking met het Instituut voor Radioastronomie van Oekraïne. Er zijn bewakingssystemen op verschillende locaties die ze gebruiken, de meeste in Europa. Cloudnet is zo'n netwerk voor de continue beoordeling van wolken- en aerosolprofielen om numerieke weersvoorspellingsmodellen te voeden met gegevens. Buiten deze netwerken gebruiken sommige onderzoekssites deze technologie. Er zijn bijvoorbeeld twee radars met een golflengte van 3,2 en 9 m op het Chilbolton Observatory (Verenigd Koninkrijk), voor de studie van insectenmigratie, terwijl een andere van 35 GHz in Cabauw (Nederland) werkt.  
 
Verschillende cloudradarsites en -netwerke
 
Uitzicht vanaf CloudSat.
 
Beginsel
 
Wolkendruppels hebben een diameter in de orde van 30 tot 100 micrometer. Om Rayleigh-verstrooiing toe te passen en echo's evenredig te maken met hun intensiteit, moet de gebruikte golflengte ongeveer tien keer zo groot zijn als de diameter van de doelen. Daarom is een millimeterradar geschikt voor het peilen van wolken, terwijl een conventionele weerradar, die werkt op
een centimetergolflengte en is aangepast aan neerslag, een te lange golflengte gebruikt.

Om de eigenschappen van wolken te meten, moet de radar verticaal worden gericht en sonde in reflectiviteit en in radiale snelheid door Doppler-effect en in dubbele polarisatie. Wat inderdaad interessant is om op te merken in de wolk is zijn dikte, zijn basis en zijn top, het water- en ijsgehalte evenals zijn variatie met hoogte, en tenslotte de verticale snelheid van de deeltjes. Cloudprofilering verbetert vervolgens het begrip van clouds.

De meest voorkomende millimetergolfradars in atmosferisch onderzoek zijn die met frequenties tussen 35 GHz (λ = 8,7 mm, Ka-band) en 94 GHz (λ = 3,1 mm, W-band). Verzwakking door
regen is erg belangrijk en varieert omgekeerd evenredig met de golflengte, terwijl die in ijskristallen minimaal is. Het verzamelen van nuttige gegevens in of door wolken met neerslag is daarom alleen mogelijk bij zeer lichte regen, motregen of sneeuw. Verticaal richten houdt het dempingspad relatief kort en de keuze van de golflengte helpt het probleem te minimaliseren. Het gebruik van de langere Ka-band is beter voor wolken met vloeibaar water en de W-band voor wolken met ijskristallen, die minder verzwakken.

W-bandradars hebben een kleinere antenne nodig, waardoor ze compacter en lichter zijn en de voorkeur geven aan het gebruik in de lucht of aan boord van satellieten zoals CloudSat.
De antenne wordt dan naar het nadir gericht. Ka-bandradars worden vaker op de grond gebruikt en wijzen naar het zenit. Omdat het signaal sterk verzwakt is, mag het geluid in beide gevallen niet dikker zijn dan 30 kilometer.
 
Meteingen
 
Millimeterradars hebben de complexe structuur van een grote verscheidenheid aan wolken onthuld. De afbeeldingen rechts tonen meerdere wolkenlagen die over de radar passeren,
waaronder stratuswolken, dunne cirruswolken en diepe altocumuluswolken, naast neerslag in de vorm van motregen en regen. Elke afbeelding biedt verschillende informatie waarmee we
het type hydrometeoren en de toestand (vast of vloeibaar) van de wolken kunnen bepalen.
 
- Linksboven geeft het uitzicht reflectiviteit, geeft de intensiteit van echo's die uit wolken komen; 
- Rechtsboven toont het aanzicht de depolarisatieverhouding (LDR), wat een goede indicator is voor gemengde neerslag (vloeistoffen en vaste stoffen); 
- Linksonder geeft de weergave de verticale snelheid van de doelen weer terwijl deze gekoppeld is aan de valsnelheid en de verticale luchtstroom (stijgend of dalend). Een plotselinge verandering
  duidt meestal op een faseverandering van vloeibaar naar vast en vice versa; 
- Rechtsonder toont de weergave de breedte van het snelheidsspectrum dat wordt geassocieerd met atmosferische turbulentie.  
 
Voorbeeld van een grafiek die de kenmerken van wolken laat zien.
 
Andere soorten verticale radar  
 
Een ander type radar dat verticaal wijst, is dat van de windprofiler. Deze laatste werkt op veel langere golflengten (33 cm tot 6 m, tussen UHF en VHF) en hun doel is om horizontale en verticale winden te meten op een hoogte van minder dan 20 km hoogte door de bewegingen van lucht en neerslag te meten16,17. Het is mogelijk om de beweging ervan in wolken te extraheren vanwege hun zeer fijne ruimtelijke en temporele resolutie, maar niet om ze te zien. Er zijn ook C- en S-bandradars (5 en 10 cm) voor de studie van neerslag die informatie kunnen geven over bewegingen
in wolken.
 
Bronnen: Wikipedia-fr, Wikipedia-en 
  Categorieën: Meteorologische instrumenten I Weer A tot Z
 
web design florida