Weerradar
 
Een weerradar is een soort radar die in de meteorologie wordt gebruikt om neerslag te lokaliseren, de verplaatsing ervan te berekenen en het type te bepalen (regen, sneeuw, hagel, enz.).
De driedimensionale structuur van de verkregen gegevens maakt het ook mogelijk om de bewegingen van neerslag in de wolken af ​​te leiden en zo te identificeren welke schade kunnen veroorzaken. Ten slotte kunnen we met behulp van neerslag als tracers de radiale richting en snelheid van de wind in de lagere atmosfeer afleiden.

Tijdens de Tweede Wereldoorlog merkten radaroperators dat parasitaire echo's afkomstig leken te zijn van neerslag en werden technieken ontwikkeld om deze storende echo's uit te filteren. Wetenschappers erkenden echter snel het potentieel voor meteorologie en zodra het conflict eindigde, werden militaire radars ter beschikking gesteld voor het detecteren van neerslag. Tegenwoordig worden weerradars gebruikt door nationale weerdiensten, luchthavens, meteorologische onderzoeksafdelingen van universiteiten en zelfs televisiestations in hun dagelijkse nieuwsverslagen.

De ruwe data van deze radars kunnen worden gebruikt om beelden te maken of worden verwerkt door gespecialiseerde software die hun verplaatsing op korte termijn extrapoleert (nowcasting). Hun informatie kan zelfs in numerieke weersvoorspellingsmodellen worden geladen om hun analyse van de weersituatie te verbeteren, waardoor ze betere voorspellingen kunnen doen.
 
Weerradar in Norman, Oklahoma met regenbuien
 
Weerradar op de luchthaven van Dresden
 
Installatie van de OUPRIME-weerradar  in Norman (Oklahoma)
 
Geschiedenis
 
In 1864 beschreef James Clerk Maxwell de wetten van het elektromagnetisme die het voor het eerst mogelijk maakten om aan hun bron te werken. In 1889 toonde Heinrich Rudolf Hertz aan
dat elektromagnetische golven worden gereflecteerd door metalen oppervlakken. In de eerste decennia van de 20e eeuw hebben verschillende uitvinders, wetenschappers en ingenieurs uit verschillende landen bijgedragen aan de ontwikkeling van radar, net op tijd voor het begin van de Tweede Wereldoorlog. Tijdens het conflict merkten de microgolfradaroperators van de
geallieerde legers besmetting op die echo's van neerslag (regen, sneeuw, enz.) bleken te zijn. Onmiddellijk na de oorlog zetten militaire wetenschappers, die hun onderzoek naar de gerapporteerde verschijnselen al waren begonnen, hun werk in zowel het militaire als het burgerleven voort.

In de Verenigde Staten was David Atlas een pionier op het gebied van radarmeteorologie voor de Air Force Group en later voor het Massachusetts Institute of Technology. Hij nam deel aan de ontwikkeling van de eerste operationele meteorologische radars. In Canada vormen J. Stewart Marshall en R.H. Douglas de "Stormy Weather Group" aan de McGill University in Montreal. Marshall en zijn student Walter Palmer worden gecrediteerd voor het werken aan de diameterverdeling van druppels in neerslag, wat leidde tot de relatie tussen reflectiviteit (Z), retourneerslagintensiteit en neerslagsnelheid (R ) op de grond, gewoonlijk relatie ZR genoemd. In Groot-Brittannië ging het onderzoek door met het relateren van echosignaturen aan neerslagkenmerken en aan de mogelijkheden die worden geboden door verschillende golflengten tussen 1 en 10 centimeter.

Tussen 1950 en 1980 bouwden de verschillende meteorologische diensten over de hele wereld meteorologische radars om de neerslag te volgen door hun reflectiviteit. Deze radars waren in eerste instantie bedoeld voor lokaal gebruik in grote centra en met een beperkt aantal hoeken en kwamen uit militaire overschotten. Ze werden in realtime bediend door meteorologen die de echo's op kathodestraalschermen moesten volgen. In 1957 introduceerde de National Weather Service de WSR-57, hun eerste radar die exclusief was ontworpen voor het detecteren van neerslag. In 1953 was Donald Staggs, een elektrotechnisch ingenieur bij de Illinois State Water Survey, de eerste die de typische haak in verband met een tornado-onweersbui op de reflectiviteitsuitgangen opmerkte.

In de jaren zeventig begonnen de verschillende radars te worden georganiseerd in netwerken met het begin van de standaardisatie. De eerste beeldregistratiesystemen werden ontwikkeld.
Het aantal onderzochte hoeken neemt toe, wat resulteert in een volume aan driedimensionale gegevens. Er worden zowel horizontale (CAPPI) als verticale sneden ontwikkeld. Zo bestuderen
we de structuur van onweersbuien en andere wolken (oa door Isztar Zawadzki). Onderzoeksgroepen hebben zich over de hele wereld vermenigvuldigd, vooral de NSSL in de Verenigde Staten, opgericht in 1964 onder leiding van Edwin Kessler, en beginnen te experimenteren met de variatie van de polarisatie van het radarsignaal en met het gebruik van de Doppler- Fizeau-effect.
In mei 1973 trof een tornado de stad Union City, net ten westen van Oklahoma City. De experimentele 10 cm golflengteradar van de NSSL kon voor het eerst de hele levensduur van dit
fenomeen vastleggen. Dankzij het Doppler-effect konden de onderzoekers een rotatie, een mesocycloon genaamd, in de onweerswolk zien voordat de tornado zich vormde, wat de National Weather Service ervan overtuigde dat deze nieuwe informatie erg belangrijk zou zijn voor het voorspellen van zware onweersbuien.
 
Typhoon Cobra zoals te zien op het radarscherm van een schip in december 1944.
 
Radartechnologie uit de jaren 60 detecteerde tornado producerende supercellen boven het grootstedelijk gebied Minneapolis-Saint Paul.
 
NEXRAD in South Dakota met een supercell op de achtergrond
 
Tussen 1980 en 2000 werden meteorologische radarnetwerken wijdverbreid in Noord-Amerika, Europa, Japan en enkele andere landen. Conventionele radars worden vervangen door radars die niet alleen de intensiteit van de neerslag kunnen detecteren, maar ook de bewegingssnelheid (Doppler-effect). In de Verenigde Staten begon de implementatie van deze 10 cm-golflengteradars, NEXRAD of WSR-88D genaamd, in 1988 en eindigde in de vroege jaren 1990. In Canada was de eerste Doppler-radar die van King City, ten noorden van Toronto, in 1985. is gebouwd om het concept te testen met een golflengte van 5 cm. De tweede is die van 10 cm van McGill University in 1993. Het Canadese netwerk van meteorologische radars werd vanaf 1998 volledig gemoderniseerd. Frankrijk (ARAMIS-netwerk) en de andere Europese landen werden eind jaren negentig en na 2000 omgebouwd. eind jaren negentig en begin 2000 werden enkele zoekradars gebouwd, maar pas in 2003 reserveerde een programma voor de vernieuwing van het nationale netwerk bepaalde sites voor radars met dopplerfunctie7.

De duizelingwekkende ontwikkeling van IT maakt het mogelijk om radargegevens in realtime te verwerken om een ​​veelvoud aan directe producten te produceren (CAPPI, PPI, cumulatieve neerslag, enz.) windstoten onder de wolken, enz.) en om hun beweging op korte termijn te voorspellen.

Na 2000 begon het onderzoek dat werd uitgevoerd naar de dubbele polarisatie van het radarsignaal praktische toepassingen te vinden bij het detecteren van het type neerslag. France, Canada, de Verenigde Staten, Australië en anderen hebben sommige van hun radars getransformeerd om dit concept in pre-operationele modus te gebruiken. Sinds 2003 wordt er onderzoek gedaan naar het gebruik van phased array-antennes die zijn geassembleerd in driedimensionale elektronische scanningradar ter vervanging van mechanisch sonderen bij elektronisch scannen, wat daarom sneller is.
 
Principes van weerradar
 
In tegenstelling tot een continue golfradar is een weerradar een monostatische pulsradar. Het zendt periodiek een puls van zeer korte duur uit. Het interval tussen twee pulsen wordt berekend voor een bepaald bereik van de radar. Hierdoor kunnen terugkerende echo's van neerslag worden ontvangen voordat de volgende puls wordt uitgezonden. Zo kunnen we de positie, intensiteit en verplaatsing van neerslag identificeren.
 
Elektromagnetische puls
Een elektromagnetische puls wordt geproduceerd door een elektronische oscillator (magnetron, klystron of andere). Het wordt via een golfgeleider naar een directionele antenne gestuurd.
De bundelbreedte die de azimut- en hoogteresolutie bepaalt, hangt af van de kenmerken van de antenne, en de enkele sinusvormige pulsduur (in de orde van een microseconde) bepaalt de radiale resolutie. Het is mogelijk om gecomprimeerde pulsen te gebruiken die zorgen voor een betere radiale resolutie.

Zo meet een puls een volume van de atmosfeer dat toeneemt met de afstand tot de radar. We zien op de afbeelding links het volume dat wordt ingenomen door twee pulsen die op verschillende tijdstippen een radar verlieten. Met de typische afmetingen van een radarbundel varieert het gepeilde volume dus van 0,001 km3 nabij de radar tot 1 km3 op 200 km van de radar.
Dit is het “radarvolume”.
 
Een radarstraal spreidt zich uit naarmate deze zich van het radarstation
verwijdert en een steeds groter volume bestrijkt.
 
Het pad van de radarstraal met hoogte
 
Terugverstrooiing en kalibratie
Wanneer een puls een gebied van neerslag binnenkomt, wordt een klein deel terugverstrooid (gereflecteerd) terug naar de radar terwijl de rest doorgaat. Dit rendement is de som van het
rendement van alle druppels in het gemeten volume en de volumedoelradarvergelijking bepaalt de intensiteit. Wanneer het volume is gevuld met doelen, krijgen we een gemiddelde van hun intensiteit, maar als het slechts gedeeltelijk is gevuld, zullen we dit onderschatten door gebieden zonder echo's op te nemen. Naarmate het volume toeneemt met de afstand, zal deze onderschatting steeds waarschijnlijker worden. Uiteindelijk, ongeacht de intensiteit van de feedback, zal deze omgekeerd afnemen tot de afstand, wat betekent dat we de opbrengsten moeten normaliseren, dat wil zeggen, we moeten ze met deze factor vermenigvuldigen om te doen alsof ze allemaal van dezelfde plaats kwamen.
 
Positie
Tussen elke puls luisteren de antenne en het elektronische circuit naar de retourpuls.De maximale afstand die kan worden afgetast, hangt af van de tijd tussen twee opeenvolgende pulsen.
De positie van elke terugkeer die uit een eerste impuls komt, nadat een tweede impuls is vertrokken, zal verkeerd worden geïnterpreteerd als een terugkeer van de laatste. Meestal wordt een luisterinterval van ongeveer 1 milliseconde gebruikt, of duizend keer de duur van de puls. Dit maakt een maximale bruikbare actieradius van ongeveer 250 km mogelijk. Naast de afstand kan
men de hoogte boven de grond berekenen waar de doelen zich bevinden. Dit wordt berekend door de elevatiehoek van de radar en de kromming van de aarde te kennen. Het is ook noodzakelijk
om rekening te houden met de variatie in de dichtheid van de lagen van de atmosfeer. Dit komt omdat de radarstraal zich niet in een rechte lijn voortplant zoals in een vacuüm, maar een gebogen pad volgt vanwege de verandering in de brekingsindex met de hoogte.
 
Resolutie
We zijn van mening dat twee neerslagzones alleen duidelijk kunnen worden opgelost als ze meer dan de lengte van de puls uit elkaar liggen in span en/of de helft van de breedte van de azimutstraal.
 
Enquêtestrategie
Na het uitvoeren van één volledige rotatie bij een bepaalde elevatiehoek, zal de satellietschotel naar een hogere hoek worden geheven en nog een rotatie uitvoeren. Dit scenario herhaalt zich onder verschillende hoeken, zodat de radar in 5 of 10 minuten een driedimensionale scan van de atmosfeer maakt. Dit geeft een idee van de neerslag vanaf een niveau dicht bij de grond tot ongeveer 15 tot 20 km hoogte en meer dan 250 km afstand.

Vanwege de kromming van de aarde en de zojuist genoemde verandering in de brekingsindex van de lucht, zal de sonde niet kunnen "zien" onder een bepaalde hoogte die afhangt van de
afstand tot de radar en de minimaal gebruikte hoek. Het zal ook niet dichter bij de radar kunnen "zien" dan het traject van de maximale gebruikte hoek. De figuur aan de linkerkant toont de hoogte versus afstand van een reeks hoeken die typisch worden gebruikt door een Canadese weerradar, deze hoeken variëren van 0,3 tot 25 graden. De afbeelding rechts geeft een voorbeeld
van een volume dat onder verschillende elevatiehoeken wordt bedekt door een boorgat. De groene kegel onderaan geeft de minimale hoek weer en de rode kegel in het midden de maximale hoek.

Elk land bepaalt het aantal en de hellingshoeken die worden gebruikt op basis van zijn specifieke behoeften. Verschillende landen gebruiken een beperkt aantal relatief lage hoeken om de beste schatting van de regenval te krijgen, terwijl landen met overwegend onweer de verticale dekking zullen vergroten. Het type radar, de golflengte en de beeldfrequentie zijn ook factoren die het aantal onderzochte hoeken bepalen.
 
Types radar
 
Conventionele radar
De meest gebruikte radars zijn die met horizontale scanning, waarvan het principe hierboven is uitgelegd. Dit zijn radars die gebruik maken van een grootformaat paraboolantenne (3 tot 10 meter in diameter) en die werken in de minst verzwakte golflengten, namelijk 5 tot 10 cm. De landelijke meteorologische diensten exploiteren meerdere van dergelijke radars, waarvan de gegevens afzonderlijk of in een netwerk worden verwerkt.

Omdat het weer een belangrijk onderwerp is, hebben sommige televisiestations in de Verenigde Staten weerradars die kleiner zijn en een golflengte van 3 cm gebruiken. Meteorologen die door deze stations zijn ingehuurd, gebruiken deze gegevens om het kleinere gebied dat door hun publiek wordt bestreken, in detail te beschrijven.
 
Luchthavenradar
Luchthavens hebben naast neerslagdetectie ook zeer specifieke behoeften. Onder andere de windschering bij de start- en landingsbanen is een belangrijk element om te weten voor de vliegveiligheid. Hiervoor worden enkele gespecialiseerde radars gebruikt. Ze tasten ook horizontaal af, maar doen minder elevatiehoeken, met een hogere resolutie en vaker. Een goed voorbeeld
is de Terminal Doppler Weather Radar (TDWR) luchthavenweerradars die worden ingezet op grote Amerikaanse luchthavens.
 
Mobiele radar
Verschillende universiteiten en enkele nationale meteorologische diensten hebben radars ontwikkeld die van site naar site kunnen worden verplaatst voor studies van verschillende meteorologische verschijnselen. Sommige zijn radars op ware grootte die uit elkaar kunnen worden gehaald en op een locatie kunnen worden geplaatst voor langdurig onderzoek.
Anderen hebben kleinere antennes op een vrachtwagen gemonteerd die het weer kunnen volgen, waar het zich ook voordoet. Dit is het geval met Doppler on Wheels (of DOW), van het
Center for Severe Weather Research in Boulder (Colorado), dat wordt gebruikt voor onderzoek naar de structuur van zware onweersbuien, orkanen en kleinschalige meteorologische verschijnselen. Deze radars gebruiken een kleinere golflengte om een ​​goede resolutie te behouden.
 
Doppler On Wheels observeert tornado nabij Attica, Kansastica
 
915 MHz windprofiler in de Verenigde Staten van Amerika (de middelste doos), omringd door luidsprekers van een RASS
 
Millimeterradar van het Atmospheric Research Program van het United States Department of Energy.
 
Windprofiler 
Een windprofiler is een type verticaal gemonteerde radar die in de meteorologie wordt gebruikt om de windrichting en -snelheid te meten met behulp van het Doppler-Fizeau-effect met zeer hoge resolutie (meestal 100 tot 200 m verticaal en minder dan 100 m horizontaal). Hij merkt de verandering op in de brekingsindex van lucht volgens de verstrooiingstheorie van Bragg (de wet van Bragg). Deze variatie is te wijten aan de turbulentie van de bewegende lucht door de variatie van de dichtheid. Wanneer de index verandert over een afstand die overeenkomt met de helft van de golflengte van de gebruikte radar, is er constructieve terugkoppeling tussen de golven die terugkeren uit opeenvolgende variatiegebieden.  
 
Wolkenradars 
Een millimeterwolkenradar is een verticaal gerichte radar die de extreem hoge frequenties in de orde van 30 tot 100 GHz gebruikt om bovenliggende wolken te onderzoeken. Het wordt gebruikt om de kenmerken van wolken te bepalen en hun fysica te bestuderen met een zeer hoge resolutie in de orde van enkele tientallen meters binnen bereik en van 1 tot 10 seconden in de tijd.
Deze radars worden niet alleen bij onderzoek gebruikt, maar in sommige landen ook dagelijks door meteorologen om het weer te volgen.

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. Een conventionele weerradar, die werkt op een centimetergolflengte en is aangepast aan neerslag, gebruikt een te lange golflengte.

Om de eigenschappen van wolken te meten, moet de radar verticaal worden gericht en zowel in reflectiviteit als in radiale snelheid door het Doppler-effect tasten. 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.

Deze radars kunnen op een satelliet zoals CloudSat worden gemonteerd en naar het dieptepunt wijzen, of op de grond en naar het zenit wijzen. Omdat het signaal sterk wordt verzwakt door water in vloeibare vorm, kan het geluid niet hoger zijn dan 30 kilometer in dikte.
 
Voorbeeld van een grafiek die de kenmerken van wolken laat zien.
 
Weerradar in de neus van een NASA-onderzoeksvliegtuig
 
Luchtradar
Een van de belangrijke toepassingen voor de veiligheid van vliegtuigpassagiers is weerradar in de lucht. Hiermee kan de piloot neerslag en windschering volgen. Radar bevindt zich meestal in
de neus van het vliegtuig, maar kan ook onder het vliegtuig, onder een van de vleugels of op de staart worden gevonden, afhankelijk van de configuratie of behoeften.

In tegenstelling tot grondradars moet de antenne van een luchtradar worden gebruikt onder verschillende hoeken die rekening houden met de houding van het vliegtuig. Dat laatste kan immers bergop, bergaf of in een bocht zijn, en er moet een compenserend gyroscopisch mechanisme worden geïntegreerd om een ​​constant beeld van de omgeving te geven.

De grote uitdaging van weerradars in de lucht is om de echo voldoende te filteren vanwege de nabijheid van de grond (vooral tijdens het opstijgen en landen). Deze laatste wordt teruggebracht door de hoofdlob wanneer de radar naar de grond wijst, maar ook door de secundaire lobben, ongeacht de positie van de radar. Om het belang van de grondecho te verminderen, moet de
hoofdlob boven de horizon wijzen. Om de werklast van piloten te verminderen, passen radars van de nieuwe generatie automatisch de verticale helling van de radar aan de stand van het vliegtuig aan. Het is ook mogelijk om de helling handmatig aan te passen door de piloten.

De eenvoudigste techniek om grondecho's te verminderen, is door het Doppler-effect te gebruiken, ervan uitgaande dat de grond niet beweegt ten opzichte van de wolken. Het deel van het spectrum van het ontvangen signaal dat overeenkomt met Doppler-snelheden die dicht bij de nulsnelheid liggen, wordt gefilterd. Deze techniek heeft een aantal nadelen: een deel van de regen met een lage radiale snelheid wordt ook gefilterd en de echo van bewegende objecten op de grond (zoals auto's of de bladen van windturbines) wordt door deze methode niet goed gefilterd. Moderne radars in de lucht gebruiken meer geavanceerde filteralgoritmen (permanente echofiltering, enz.), en hebben over het algemeen een terreindatabase met hoge resolutie, die een betere filtering van grondecho's mogelijk maakt.

In tegenstelling tot grondradars, zwaaien radars in de lucht niet 360 graden rond het vliegtuig, maar bewegen ze alleen 180 graden heen en weer op een enkele elevatiehoek of langs een kegel waarvan de as de horizon is. Ze verkrijgen dus gegevens van het PPI-type die gedeeltelijk kunnen zijn en piloten zullen vaak de elevatiehoek aanpassen om significante echo's te identificeren.

In commerciële radars worden de gebruikte golflengten meestal gevonden in de X-band (ongeveer 3 cm, d.w.z. frequenties van 8.000 tot 12.500 MHz), wat het mogelijk maakt om kleine
antennes te gebruiken die nog steeds een goede resolutie hebben22, 24. Het maximale effectieve bereik is meestal 180 nautische mijl (333 km), maar vaker stelt de piloot dit in op 30 tot 80 nautische mijl vanwege de demping op deze golflengte en de noodzaak om zich te concentreren, vooral in de directe omgeving.
 
Gegevenstypen
 
Reflectiviteit
Retourecho's ("reflectiviteit") worden geanalyseerd op hun intensiteit om de neerslagsnelheid in het gescande volume vast te stellen. De gebruikte golflengten (1-10 cm) zorgen ervoor dat deze terugkeer evenredig is met de snelheid omdat ze binnen de geldigheid van Rayleigh-verstrooiing vallen, die stelt dat de doelen veel kleiner moeten zijn dan de golflengte van de scangolf (met een factor 10) .

Reflectiviteit waargenomen door de radar varieert met de zesde macht van de diameter van de regendruppels, het kwadraat van de diëlektrische constante van de doelen en de druppelgrootteverdeling van de druppels. Neerslagsnelheid is daarentegen gelijk aan het aantal deeltjes, hun volume en hun valsnelheid.We beschouwen de Marshall-Palmer-verdeling waarbij de verdeling van regendruppels voldoet aan de relatie:
 
- De variatie in diameter en de diëlektrische constante tussen de verschillende soorten neerslag (regen, sneeuw, motregen, hagel, enz.) is erg groot en de equivalente reflectiviteit
  wordt daarom uitgedrukt in dBZ (10 keer de logaritme van de verhouding of decibel Z) ;
- De antenne die onder een bepaalde elevatiehoek om zijn as draait, zendt in elke kijkhoek een groot aantal pulsen uit. De equivalente reflectiviteit die terugkeert van elke puls voor
  elk van de doelvolumes wordt daarom genoteerd om een ​​gemiddelde geluidsintensiteit voor dat volume te berekenen.
 
Hoe de reflectiviteit op een radarscherm af te lezen?
Radarretouren worden meestal beschreven op kleur of niveau. De kleuren in een radarbeeld variëren normaal gesproken van blauw of groen voor zwakke rendementen, tot rood of magenta voor zeer sterke rendementen. De aantallen in een mondelinge melding nemen toe met de ernst van de aangiften. De Amerikaanse National NEXRAD-radarsites gebruiken bijvoorbeeld de volgende schaal voor verschillende niveaus van reflectiviteit:  
 
-  Magenta: 65 dBZ (extreem zware neerslag,> 410 mm per uur, maar waarschijnlijk hagel) 
 - Rood: 50 dBZ (zware neerslag van 2 in (51 mm) per uur) 
 - Geel: 35 dBZ (matige neerslag van 0,25 in (6,4 mm) per uur) 
 - Groen: 20 dBZ (lichte neerslag) 
 
Sterke rendementen (rood of magenta) kunnen niet alleen duiden op zware regen, maar ook op onweer, hagel, harde wind of tornado's, maar ze moeten zorgvuldig worden geïnterpreteerd
om de hieronder beschreven redenen.  
 
Luchtvaartconventies 
Bij het beschrijven van weerradarretouren, zullen piloten, dispatchers en luchtverkeersleiders doorgaans verwijzen naar drie retourniveaus:
 
- Niveau 1 komt overeen met een groene radarretour, wat wijst op meestal lichte neerslag en weinig tot geen turbulentie, wat leidt tot een mogelijkheid van verminderd zicht. 
- Niveau 2 komt overeen met een gele radarretour, wat wijst op matige neerslag, wat leidt tot de mogelijkheid van zeer slecht zicht, matige turbulentie en een ongemakkelijke
  vlucht voor vliegtuigpassagiers. 
- niveau 3 komt overeen met een rode radarretour, wat duidt op zware neerslag, wat leidt tot de mogelijkheid van onweer en ernstige turbulentie en structurele schade aan het vliegtuig. 
 
Vliegtuigen proberen waar mogelijk terugkeer van niveau 2 te vermijden, en zullen altijd niveau 3 vermijden, tenzij het speciaal ontworpen onderzoeksvliegtuigen zijn.  
 
Neerslagtypes 
Sommige displays van commerciële televisiezenders (zowel lokaal als nationaal) en weerwebsites, zoals The Weather Channel en AccuWeather, tonen neerslagtypes tijdens de wintermaanden: regen, sneeuw, gemengde neerslag (ijzel en ijzel). Dit is geen analyse van de radargegevens zelf, maar een nabehandeling met andere gegevensbronnen, waarvan de primaire oppervlakterapporten (METAR) zijn.
 
Boven het gebied dat wordt bestreken door radarecho's, heeft een programma een neerslagtype toegewezen op basis van de oppervlaktetemperatuur en het dauwpunt die door de onderliggende weerstations worden gerapporteerd. Neerslagtypes gerapporteerd door door mensen bediende stations en bepaalde automatische stations (AWOS) zullen een hoger gewicht hebben.
Vervolgens voert het programma interpolaties uit om een ​​afbeelding met gedefinieerde zones te produceren. Deze omvatten interpolatiefouten als gevolg van de berekening.
Mesoschaalvariaties van de neerslagzones zullen ook verloren gaan. Meer geavanceerde programma's gebruiken de numerieke weersvoorspellingsuitvoer van modellen, zoals NAM en WRF,
voor de neerslagtypen en passen deze toe als een eerste schatting op de radarecho's, en gebruiken vervolgens de oppervlaktegegevens voor de uiteindelijke uitvoer. 
 
Totdat gegevens over dubbele polarisatie (sectie Polarisatie hieronder) algemeen beschikbaar zijn, zijn alle soorten neerslag op radarbeelden slechts indirecte informatie en moeten ze met
zorg worden behandeld  
 
Snelheid 
 
Neerslag wordt gevonden in en onder wolken. Lichte neerslag zoals druppels en vlokken is onderhevig aan de luchtstromingen en scanning radar kan de horizontale component van deze beweging oppikken, waardoor het mogelijk wordt om de windsnelheid en -richting waar neerslag aanwezig is in te schatten.

De beweging van een doel ten opzichte van het radarstation veroorzaakt een verandering in de gereflecteerde frequentie van de radarpuls, vanwege het Doppler-effect. Bij snelheden van minder dan 70 meter/seconde voor weerecho's en radargolflengte van 10 cm komt dit neer op een verandering van slechts 0,1 ppm. Dit verschil is te klein om door elektronische instrumenten te worden opgemerkt. Omdat de doelen echter iets tussen elke puls bewegen, heeft de geretourneerde golf een merkbaar faseverschil of faseverschuiving van puls tot puls.  
 
Puls paren
Doppler-weerradars gebruiken dit faseverschil (pulspaarverschil) om de beweging van de neerslag te berekenen. De intensiteit van de achtereenvolgens terugkerende puls van hetzelfde gescande volume waar doelen iets zijn verplaatst.Deze snelheid wordt de radiale Doppler-snelheid genoemd omdat het alleen de radiale variatie van afstand versus tijd tussen de radar en het doel geeft.
De werkelijke snelheid en bewegingsrichting moet worden verkregen door het hieronder beschreven proces.  
 
Geïdealiseerd voorbeeld van Doppler-uitvoer. Naderende snelheden zijn in blauw en terugtrekkende snelheden zijn in rood. Let op de sinusvormige snelheidsvariatie wanneer u met een bepaald bereik over het scherm gaat.
 
Maximaal bereik van reflectiviteit (rood) en ondubbelzinnig Doppler-snelheidsbereik (blauw) met pulsherhalingsfrequentie
 
Doppler-dilemma 
De fase tussen pulsparen kan variëren. Dit wordt de Nyquist-snelheid genoemd. Dit is omgekeerd afhankelijk van de tijd tussen opeenvolgende pulsen: hoe kleiner het interval, hoe groter het snelheidsbereik.

De keuze wordt om het bereik van reflectiviteit te vergroten ten koste van het snelheidsbereik, of het laatste te vergroten ten koste van het bereik van reflectiviteit. Over het algemeen is het bruikbare bereikcompromis 100-150 km voor reflectiviteit. Dit betekent dat voor een golflengte van 5 cm (zoals weergegeven in het diagram) een eenduidig ​​snelheidsbereik van 12,5 tot 18,75 meter/seconde ontstaat (voor respectievelijk 150 km en 100 km). Voor een 10 cm-radar zoals de NEXRAD zou het ondubbelzinnige snelheidsbereik verdubbeld zijn.

Sommige technieken die gebruik maken van twee alternerende pulsherhalingsfrequenties maken een groter Doppler-bereik mogelijk. De snelheden die met de eerste pulsfrequentie worden genoteerd, kunnen gelijk of verschillend zijn met de tweede. Bijvoorbeeld als de maximale snelheid met een bepaalde snelheid 10 meter/seconde is en die met de andere snelheid 15 m/s.
De gegevens die van beide komen, zullen tot 10 m/s hetzelfde zijn en daarna verschillen. Het is dan mogelijk om een ​​wiskundige relatie tussen de twee rendementen te vinden en de
werkelijke snelheid te berekenen buiten de limiet van de twee pulsherhalingsfrequenties
 
Doppler-interpretatie 
In een uniforme regenbui die naar het oosten beweegt, zal een naar het westen gerichte radarstraal de regendruppels naar zichzelf "zien", terwijl een naar het oosten gerichte straal de druppels zal "zien". Wanneer de bundel naar het noorden of naar het zuiden scant, wordt er geen relatieve beweging waargenomen.
 
Synoptisch 
In de synoptische schaalinterpretatie kan de gebruiker de wind op verschillende niveaus boven het radardekkingsgebied extraheren. Omdat de straal 360 graden rond de radar scant,
zullen gegevens uit al die hoeken komen en de radiale projectie zijn van de werkelijke wind op de individuele hoek. Het door deze scan gevormde intensiteitspatroon kan worden weergegeven door een cosinuscurve (maximaal in de neerslagbeweging en nul in de loodrechte richting). Men kan dan de richting en de sterkte van de beweging van deeltjes berekenen, zolang er maar voldoende dekking op het radarscherm is.

De regendruppels vallen echter. Omdat de radar alleen de radiale component ziet en een bepaalde hoogte vanaf de grond heeft, worden de radiale snelheden verontreinigd door een fractie van
de valsnelheid. Deze component is verwaarloosbaar in kleine elevatiehoeken, maar moet in aanmerking worden genomen voor grotere scanhoeken.  
 
Meso schaal 
In de snelheidsgegevens kunnen er kleinere zones in de radardekking zijn waar de wind verschilt van de hierboven genoemde. Een onweersbui is bijvoorbeeld een fenomeen op mesoschaal
dat vaak rotaties en turbulentie omvat. Deze kunnen slechts enkele vierkante kilometers beslaan, maar zijn zichtbaar door variaties in de radiale snelheid. Gebruikers kunnen snelheidspatronen in de wind herkennen die verband houden met rotaties, zoals mesocycloon, convergentie (uitstroomgrens) en divergentie (downburst).  
 
Radiale component van echte wind
bij het scannen door 360 graden
 
Targeting met dubbele polarisatie onthult de vorm van de druppel reveal
 
Polarisatie 
Druppels vallend vloeibaar water hebben de neiging om een ​​grotere horizontale as te hebben vanwege de luchtweerstandscoëfficiënt van lucht tijdens het vallen (waterdruppels). Hierdoor wordt
de dipool van het watermolecuul in die richting georiënteerd; dus radarbundels zijn over het algemeen horizontaal gepolariseerd om de maximale signaalreflectie te ontvangen.

Als twee pulsen gelijktijdig worden verzonden met orthogonale polarisatie (verticaal en horizontaal, respectievelijk ZV en ZH), worden twee onafhankelijke sets gegevens ontvangen.
Deze signalen kunnen op verschillende handige manieren worden vergeleken:
 
- Differentiële reflectiviteit is evenredig met de verhouding van de gereflecteerde horizontale en verticale vermogensretouren. Het is onder andere een goede indicator voor de druppelvorm.
  Differentiële reflectiviteit kan ook een schatting geven van de gemiddelde druppelgrootte, aangezien grotere druppels meer onderhevig zijn aan vervorming door aerodynamische krachten dan
  kleinere (dat wil zeggen, grotere druppels hebben meer kans om "hamburgerbroodje-vormig" te worden) als ze door de lucht. 
 - Correlatiecoëfficiënt - Een statistische correlatie tussen de gereflecteerde horizontale en verticale vermogensrendementen. Hoge waarden, bijna één, duiden op homogene neerslagtypen,
  terwijl lagere waarden wijzen op regio's met gemengde neerslagtypen, zoals regen en sneeuw, of hagel, of in extreme gevallen puin in de lucht, meestal samenvallend met een
  tornado-vortexsignatuur. 
- Lineaire depolarisatieverhouding - Dit is een verhouding van een verticale vermogensretour van een horizontale puls of een horizontale vermogensretour van een verticale puls.
  Het kan ook regio's aangeven waar sprake is van een mengsel van neerslagtypen 
- De differentiële fase is een vergelijking van het geretourneerde faseverschil tussen de horizontale en verticale pulsen. Deze faseverandering wordt veroorzaakt door het verschil in het aantal
  golfcycli (of golflengten) langs het voortplantingspad voor horizontaal en verticaal gepolariseerde golven. Het moet niet worden verward met de Doppler-frequentieverschuiving, die wordt
  veroorzaakt door de beweging van de wolk en neerslagdeeltjes. In tegenstelling tot de differentiële reflectiviteit, correlatiecoëfficiënt en lineaire depolarisatieverhouding, die allemaal afhankelijk
  zijn van gereflecteerd vermogen, is de differentiële fase een "propagatie-effect". Het is een zeer goede schatting van de regensnelheid en wordt niet beïnvloed door demping. De bereikafgeleide
  van differentiële fase (specifieke differentiële fase, Kdp) kan worden gebruikt om gebieden met sterke neerslag / demping te lokaliseren.  
 
Belangrijkste soorten radaruitgangen 
 
Alle gegevens van radarscans worden weergegeven volgens de behoefte van de gebruikers. Om dit te bereiken zijn in de loop van de tijd verschillende outputs ontwikkeld. Hier is een lijst met veelvoorkomende en gespecialiseerde uitgangen die beschikbaar zijn.  
 
Kaartpositie-indicator 
Aangezien gegevens onder één hoek tegelijk worden verkregen, is de eerste manier om ze weer te geven de Plan Position Indicator, die alleen de lay-out van radarretour op een tweedimensionaal beeld is. Men moet niet vergeten dat de gegevens die van verschillende afstanden naar de radar komen, zich op verschillende hoogten boven de grond bevinden.

Dit is erg belangrijk omdat een hoge regensnelheid die in de buurt van de radar wordt waargenomen, relatief dicht bij de grond ligt, maar wat op 160 km afstand wordt gezien, bevindt zich ongeveer 1,5 km boven de grond en kan heel anders zijn dan de hoeveelheid die het oppervlak bereikt. Het is dus moeilijk om weersecho's op verschillende afstanden van de radar te vergelijken.

Plan Position Indicators hebben als bijkomend probleem te maken met grondecho's in de buurt van de radar. Deze kunnen verkeerd worden geïnterpreteerd als echte echo's.
Daarom zijn er andere producten en verdere gegevensverwerkingen ontwikkeld om dergelijke tekortkomingen aan te vullen.

In het geval van Doppler-gegevens zijn twee gezichtspunten mogelijk: ten opzichte van het oppervlak of de storm. Als we kijken naar de algemene beweging van de regen om wind op verschillende hoogtes te verwijderen, is het beter om gegevens te gebruiken die betrekking hebben op de radar. Maar bij het zoeken naar rotatie of windschering onder een onweersbui, is het beter om de relatieve stormbeelden te gebruiken die de algemene beweging van neerslag aftrekken, waardoor de gebruiker de luchtbeweging kan zien alsof hij op de wolk zou zitten.  
 
Positie-indicator voor constante hoogte  
Om enkele problemen met PPI's te voorkomen, is de constant-altitude plan position indicator (CAPPI) ontwikkeld door Canadese onderzoekers. Het is in feite een horizontale doorsnede door radargegevens. Op deze manier kan men op gelijke afstand van de radar neerslag vergelijken en grondecho's vermijden. Hoewel de gegevens op een bepaalde hoogte boven de grond worden genomen, kan er een verband worden afgeleid tussen de rapporten van grondstations en de radargegevens.

CAPPI's vereisen een groot aantal hoeken van bijna horizontaal tot bijna verticaal van de radar om een ​​snede te krijgen die zo dicht mogelijk bij de benodigde hoogte ligt. Ook dan is er na een bepaalde afstand geen enkele hoek beschikbaar en wordt de CAPPI de PPI van de laagste hoek. De zigzaglijn in het hoekendiagram hierboven toont de gegevens die zijn gebruikt om CAPPI's van 1,5 km en 4 km hoogte te produceren. Merk op dat het traject na 120 km dezelfde gegevens gebruikt. 
 
Gebruik 
Aangezien de CAPPI op elk punt van de radar de dichtstbijzijnde hoek tot de gewenste hoogte gebruikt, kunnen de gegevens afkomstig zijn van enigszins verschillende hoogten, zoals te zien
op de afbeelding, in verschillende punten van de radardekking. Het is daarom van cruciaal belang om een ​​voldoende groot aantal peilhoeken te hebben om deze hoogteverandering te minimaliseren. Bovendien moet het type gegevens relatief geleidelijk met de hoogte veranderen om een ​​beeld te produceren dat geen ruis bevat.

Omdat Reflectiviteitsgegevens relatief glad zijn met de hoogte, worden CAPPI's meestal gebruikt om ze weer te geven. Aan de andere kant kunnen snelheidsgegevens snel van richting veranderen met de hoogte en CAPPI's hiervan zijn niet gebruikelijk. Het lijkt erop dat alleen McGill University regelmatig Doppler-CAPPI's produceert met de 24 beschikbare hoeken op hun radar. Sommige onderzoekers hebben echter artikelen gepubliceerd die CAPPI's met snelheid gebruiken om tropische cyclonen en de ontwikkeling van NEXRAD-producten te bestuderen. Ten slotte zijn polarimetrische gegevens recent en vaak luidruchtig. Er lijkt geen regelmatig gebruik van CAPPI voor hen te zijn, hoewel het bedrijf SIGMET software aanbiedt die in staat is om dat soort afbeeldingen te produceren. 
 
Onweerlijn gezien in reflectiviteit (dBZ) op een PPI
 
Typische hoeken gescand in Canada. De zigzaglijnen vertegenwoordigen gegevenshoeken
die worden gebruikt om CAPPI's te maken op 1,5 km en 4 km hoogte.
 
Verticale compositie 
Een andere oplossing voor de PPI-problemen is het produceren van afbeeldingen van de maximale reflectiviteit in een bovengrondse laag. Deze oplossing wordt meestal genomen wanneer het aantal beschikbare hoeken klein of variabel is. De Amerikaanse National Weather Service gebruikt zo'n composiet omdat hun scanschema kan variëren van 4 tot 14 hoeken, afhankelijk van hun behoefte, wat zeer grove CAPPI's zou opleveren. De Composite zorgt ervoor dat er geen sterke echo in de laag wordt gemist en een behandeling met Doppler-snelheden elimineert de grondecho's. Door basis- en composietproducten te vergelijken, kan men virga- en updrafts-zones lokaliseren.  
 
Accumulaties 
Een ander belangrijk gebruik van radargegevens is de mogelijkheid om de hoeveelheid neerslag te beoordelen die over grote bassins is gevallen, voor gebruik in hydrologische berekeningen; dergelijke gegevens zijn nuttig bij overstromingsbeheer, rioolbeheer en dambouw. De berekende gegevens van radarweer kunnen worden gebruikt in combinatie met gegevens van grondstations.

Om radaraccumulaties te produceren, moeten we de regensnelheid over een punt schatten door de gemiddelde waarde over dat punt tussen de ene PPI, of CAPPI, en de volgende; vermenigvuldig dit vervolgens met de tijd tussen die afbeeldingen. Als men voor een langere periode wil, moet men alle ophopingen van beelden in die tijd bij elkaar optellen.  
 
Onweerlijn gezien in reflectiviteit (dBZ) op een PPI
 
Onweerlijn gezien in reflectiviteit (dBZ) op een PPI
 
Echotops
De luchtvaart is een zware gebruiker van radargegevens. Een kaart die op dit gebied bijzonder belangrijk is, zijn de Echotops voor het plannen van vluchten en het vermijden van gevaarlijk weer. De meeste weerradars in het land scannen voldoende hoeken om een ​​3D-set met gegevens over het dekkingsgebied te hebben. Het is relatief eenvoudig om de maximale hoogte in te schatten waarop neerslag binnen het volume wordt aangetroffen. Dit zijn echter niet de toppen van de wolken, omdat ze zich altijd boven de neerslag uitstrekken. 
 
Verticale doorsnede. 
Om de verticale structuur van wolken, in het bijzonder onweer of het niveau van de smeltende laag, te kennen, is een verticaal dwarsdoorsnedeproduct van de radargegevens beschikbaar.
Dit wordt gedaan door alleen de gegevens langs een lijn weer te geven, van coördinaten A naar B, genomen vanuit de verschillende gescande hoeken. 
 
Bereik Hoogte Indicator  
Wanneer een weerradar in slechts één richting verticaal scant, verkrijgt deze gegevens met hoge resolutie langs een verticale doorsnede van de atmosfeer. De output van dit geluid wordt een Range Height Indicator (RHI) genoemd, die uitstekend geschikt is voor het bekijken van de gedetailleerde verticale structuur van een storm. Dit verschilt van de hierboven genoemde verticale dwarsdoorsnede doordat de radar een verticale snede maakt langs specifieke richtingen en niet over de gehele 360 ​​graden rond het terrein scant. Dit soort geluid en product is alleen
beschikbaar op onderzoeksradars
 
Radarnetwerken  
In de afgelopen decennia zijn radarnetwerken uitgebreid om de productie van samengestelde beelden over grote gebieden mogelijk te maken. Veel landen, waaronder de Verenigde Staten, Canada en een groot deel van Europa, produceren bijvoorbeeld afbeeldingen die al hun radars bevatten. Dit is geen triviale taak.

In feite kan zo'n netwerk bestaan ​​uit verschillende soorten radar met verschillende kenmerken zoals bundelbreedte, golflengte en kalibratie. Met deze verschillen moet rekening worden
gehouden bij het matchen van gegevens over het netwerk, met name om te beslissen welke gegevens moeten worden gebruikt wanneer twee radars hetzelfde punt bestrijken. Als men de sterkere echo gebruikt, maar deze komt van de verder verwijderde radar, gebruikt men retouren die van grotere hoogte zijn en afkomstig zijn van regen of sneeuw die zou kunnen verdampen voordat deze de grond bereikt (virga). Als men gegevens van de dichterbij gelegen radar gebruikt, kan het worden verzwakt door een onweersbui. Met al die beperkingen in het achterhoofd
worden samengestelde beelden van neerslag gemaakt met behulp van een netwerk van radars.  
 
Verticale doorsnede
 
Afbeelding van een RHI.
 
Zie uitleg algoritme
 
Berrimah Radar in Darwin, Australië
 
Uitleg algoritme:
het vierkant in dit Doppler-beeld is automatisch door het radarprogramma geplaatst om de positie van een mesocycloon te spotten. Let op het inkomende / uitgaande doublet (blauw / geel) met de nulsnelheidslijn (grijs) evenwijdig aan de radiaal aan de radar (rechtsboven). Het is opmerkelijk om te vermelden dat de verandering in windrichting hier plaatsvindt over minder dan 10 km  
 
Automatische algoritmen 
Om meteorologen te helpen gevaarlijk weer te herkennen, zijn wiskundige algoritmen geïntroduceerd in de behandelingsprogramma's van de weerradar. Deze zijn vooral belangrijk bij het analyseren van de Doppler-snelheidsgegevens omdat ze complexer zijn. De polarisatiegegevens zullen zelfs meer algoritmen nodig hebben. 
 
Belangrijkste algoritmen voor reflectiviteit:
 
- Vertically Integrated Liquid (VIL) is een schatting van de totale hoeveelheid neerslag in de wolken. 
- VIL-dichtheid is VIL gedeeld door de hoogte van de wolkentop. Het is een aanwijzing voor de mogelijkheid van grote hagel bij onweer. 
- Potentiële windvlaag, die de wind onder een wolk (een neerwaartse beweging) kan schatten met behulp van de VIL en de hoogte van de echotops (radar geschatte bovenkant van de wolk)
  voor een bepaalde stormcel. 
- Hagelalgoritmen die de aanwezigheid van hagel en de waarschijnlijke omvang ervan inschatten 
 
Belangrijkste algoritmen voor Doppler-snelheden:
 
- Mesocycloondetectie: het wordt geactiveerd door een snelheidsverandering over een klein cirkelvormig gebied. Het algoritme zoekt naar een "doublet" van inkomende / uitgaande snelheden
  met de nullijn van snelheden, tussen de twee, langs een radiale lijn vanaf de radar. Gewoonlijk moet de mesocycloondetectie worden gevonden op twee of meer gestapelde progressieve
  hellingen van de straal om significant te zijn voor rotatie in een onweerswolk. 
- Het TVS- of Tornado Vortex Signature-algoritme is in wezen een mesocycloon met een hoge snelheidsdrempel die wordt gevonden door vele scanhoeken. Dit algoritme wordt in NEXRAD
  gebruikt om de mogelijkheid van een tornado-formatie aan te geven. 
- Windschering op lage niveaus. Dit algoritme detecteert variatie van windsnelheden van punt tot punt in de gegevens en zoekt naar een doublet van inkomende / uitgaande snelheden met de
  nullijn loodrecht op de radarstraal. De windschering wordt geassocieerd met downdraft, (downburst en microburst), windvlagen en turbulentie onder onweersbuien. 
- VAD Wind Profile (VWP) is een display dat de richting en snelheid van de horizontale wind schat op verschillende hogere niveaus van de atmosfeer, met behulp van de techniek die wordt
  uitgelegd in de Doppler-sectie.  
 
PPI-reflectiviteitslus (in dBZ), evolutie van een orkaan
 
Kaart van de RIDGE-presentatie van de Joplin-tornado van 2011.
 
Animaties 
De animatie van radarproducten kan de evolutie van reflectiviteit en snelheidspatronen laten zien. De gebruiker kan informatie over de dynamiek van de meteorologische verschijnselen extrapoleren, inclusief de mogelijkheid om de beweging te extrapoleren en ontwikkeling of dissipatie te observeren. Dit kan ook niet-meteorologische artefacten (valse echo's) aan het licht brengen die later zullen worden besproken.
 
Geïntegreerde radarweergave met geospatiale elementen 
Een nieuwe populaire presentatie van weerradargegevens in de Verenigde Staten is via Radar Integrated Display with Geospatial Elements (RIDGE) waarin de radargegevens worden geprojecteerd op een kaart met geospatiale elementen zoals topografische kaarten, snelwegen, staats-/provinciegrenzen en weerwaarschuwingen. De projectie is vaak flexibel en geeft de gebruiker de keuze uit verschillende geografische elementen. Het wordt vaak gebruikt in combinatie met animaties van radargegevens over een bepaalde periode
 
Beperkingen en artefacten
 
De interpretatie van radargegevens hangt af van vele hypothesen over de atmosfeer en de weersdoelen, waaronder:
 
- Internationale standaard sfeer.
- Doelen die klein genoeg zijn om de Rayleigh-verstrooiing te gehoorzamen, waardoor het rendement evenredig is
  met de neerslagsnelheid.
- Het volume dat door de straal wordt gescand, zit vol meteorologische doelen (regen, sneeuw, enz.), allemaal van
  dezelfde variëteit en in een uniforme concentratie
- Geen demping
- Geen versterking
- Terugkeer van zijlobben van de balk zijn verwaarloosbaar.
- De straal ligt dicht bij een Gauss-functiecurve waarbij het vermogen tot de helft afneemt bij de helft van de breedte.
- De uitgaande en terugkerende golven zijn op dezelfde manier gepolariseerd.
 - Er is geen terugkeer van meerdere reflecties
 
 
Aan deze veronderstellingen wordt niet altijd voldaan; men moet onderscheid kunnen maken tussen betrouwbare en dubieuze echo's.
 
Afwijkende voortplanting (niet-standaard atmosfeer)
De eerste aanname is dat de radarstraal door lucht beweegt die met een bepaalde snelheid afkoelt met de hoogte. De positie van de echo's is sterk afhankelijk van deze hypothese.
De echte sfeer kan echter sterk afwijken van de norm.
 
Super breking
Temperatuurinversies ontstaan ​​vaak dicht bij de grond, bijvoorbeeld door luchtkoeling 's nachts terwijl het boven warm blijft. Naarmate de brekingsindex van lucht sneller afneemt dan normaal, buigt de radarstraal naar de grond in plaats van verder omhoog te gaan. Uiteindelijk zal het de grond raken en teruggereflecteerd worden naar de radar. Het verwerkingsprogramma zal dan de retourecho's ten onrechte op de hoogte en afstand plaatsen die het onder normale omstandigheden zou zijn geweest.

Dit type valse terugkeer is relatief gemakkelijk te herkennen in een tijdlus als het te wijten is aan nachtelijke afkoeling of inversie van de zee, aangezien men zich zeer sterke echo's over een gebied ziet ontwikkelen, zich zijdelings in omvang verspreidend maar niet bewegend en sterk in intensiteit variëren. Er vindt echter inversie van de temperatuur plaats vóór warme fronten en de abnormale voortplantingsecho's worden vervolgens vermengd met echte regen.

Het extreme van dit probleem is dat wanneer de inversie erg sterk en ondiep is, de radarstraal vele malen naar de grond reflecteert omdat deze een golfgeleiderpad moet volgen. Hierdoor ontstaan ​​meerdere banden met sterke echo's op de radarbeelden.

Deze situatie kan worden gevonden met inversies van temperatuur omhoog of snelle afname van vocht met de hoogte.In het eerste geval kan het moeilijk zijn om op te merken.
 
Onderbreking
Aan de andere kant, als de lucht onstabiel is en sneller afkoelt dan de standaardatmosfeer met hoogte, komt de straal hoger uit dan verwacht. Dit geeft aan dat er meer neerslag valt dan de werkelijke hoogte. Een dergelijke fout is moeilijk te detecteren zonder aanvullende gegevens over het temperatuurverloop voor het gebied.
 
Niet-Rayleigh objecten
Als we de neerslagsnelheid betrouwbaar willen schatten, moeten de doelen 10 keer kleiner zijn dan de radargolf volgens Rayleigh-verstrooiing. Dit komt omdat het watermolecuul moet worden geëxciteerd door de radargolf om terug te komen. Dit geldt relatief voor regen of sneeuw, aangezien radars met een golflengte van 5 of 10 cm meestal worden gebruikt.

Voor zeer grote hydrometeoren, aangezien de golflengte in de orde van steen is, vlakt het rendement af volgens de Mie-theorie. Een rendement van meer dan 55 dBZ zal waarschijnlijk afkomstig zijn van hagel, maar zal niet evenredig variëren met de grootte. Aan de andere kant zijn zeer kleine doelen, zoals wolkendruppels, te klein om opgewonden te raken en geven ze geen opneembare opbrengst op gewone weerradars.
 
Profiler hoge resolutie weergave van een onweersbui (boven) en door een weerradar (onder).
 
Een supercellonweersbui gezien vanaf twee radars die bijna op dezelfde plek lagen.
De linkse afbeelding is van een TDWR en de rechtse van een NEXRAD.
 
Straalgeometrie 
De radarbundel heeft een energieverdeling die vergelijkbaar is met het diffractiepatroon van licht dat door een spleet gaat. De golf wordt namelijk via een spleet in de golfgeleider op het brandpunt naar de paraboolantenne gestuurd. De meeste energie bevindt zich in het midden van de bundel en neemt aan elke kant af langs een curve die dicht bij een Gauss-functie ligt. Er zijn echter secundaire emissiepieken die de doelen onder een andere hoek van het centrum zullen bemonsteren. Ontwerpers proberen het door dergelijke lobben uitgezonden vermogen te minimaliseren, maar ze kunnen niet volledig worden geëlimineerd.

Wanneer een secundaire lob een reflecterend doel raakt, zoals een berg of een sterke onweersbui, wordt een deel van de energie gereflecteerd naar de radar. Deze energie is relatief zwak maar komt op hetzelfde moment dat de centrale piek een ander azimut verlicht. De echo wordt dus misplaatst door het verwerkingsprogramma. Dit heeft tot gevolg dat de echte weersecho daadwerkelijk wordt verbreed, waardoor zwakkere waarden aan elke kant worden uitgesmeerd. Dit zorgt ervoor dat de gebruiker de omvang van de echte echo's overschat.
 
Geïdealiseerde energieverdeling van een radarstraal (centrale lob op 0 en secundaire lobben aan elke kant)
 
Diffractie door een cirkelvormige spleet die de energie simuleert die wordt bekeken door weerdoelen
 
De sterke echo's zijn terugkeer van de centrale piek van de radar uit een reeks kleine heuvels (gele en rode pixels). De zwakkere echo's aan weerszijden zijn afkomstig van secundaire lobben (blauw en groen)
 
Vreemde objecten
Er is meer dan regen en sneeuw in de lucht. Andere objecten kunnen door weerradars verkeerd worden geïnterpreteerd als regen of sneeuw. Insecten en geleedpotigen worden meegesleurd
door de heersende winden, terwijl vogels hun eigen koers volgen. Als zodanig worden fijne lijnpatronen in weerradarbeelden, geassocieerd met convergerende winden, gedomineerd door
terugkeer van insecten. Vogeltrek, die meestal 's nachts plaatsvindt binnen de laagste 2000 meter van de aardatmosfeer, vervuilt windprofielen die zijn verzameld door weerradar, met name de WSR-88D, door de windopbrengst van de omgeving met 30-60 km / uur te verhogen. Andere objecten binnen radarbeelden zijn onder meer: ​​
 
 - Dunne metalen strips (kaf) die door militaire vliegtuigen worden gedropt om vijanden voor de gek te houden. 
- Stevige obstakels zoals bergen, gebouwen en vliegtuigen 
 - Grond en zee rommel. 
- Reflecties van nabijgelegen gebouwen ("stedelijke pieken"). 
 
Dergelijke vreemde objecten hebben kenmerken waarmee een getraind oog ze kan onderscheiden. Het is ook mogelijk om sommige ervan te elimineren met nabehandeling van gegevens met behulp van reflectiviteits-, Doppler- en polarisatiegegevens. 
 
Windparken 
De roterende wieken van windmolens op moderne windparken kunnen de radarstraal terugsturen naar de radar als ze in de weg staan. Omdat de bladen bewegen, hebben de echo's een
snelheid en kunnen ze worden aangezien voor echte neerslag. Hoe dichterbij het windpark, hoe sterker het rendement en het gecombineerde signaal van veel torens is sterker. In sommige omstandigheden kan de radar zelfs naar en weg snelheden zien die valse positieven genereren voor het tornado vortex-signatuuralgoritme op weerradar; een dergelijke gebeurtenis vond plaats
in 2009 in Dodge City, Kansas. Net als bij andere constructies die in de straal staan, kan demping van radarsignalen van buiten windmolens ook leiden tot onderschatting.  
 
Reflectiviteit (links) en radiale snelheden (rechts) ten zuidoosten van een NEXRAD-weerradar. Echo's in cirkels zijn afkomstig van een windmolenpark.
 
Voorbeeld van sterke demping wanneer een lijn onweersbuien over een weerradar met een golflengte van 5 cm (rode pijl) beweegt (van links naar rechts). Bron: Milieu Canada
 
Sterke demping
Microgolven die worden gebruikt in weerradars kunnen worden geabsorbeerd door regen, afhankelijk van de gebruikte golflengte. Voor radars van 10 cm is deze demping verwaarloosbaar.
Dat is de reden waarom landen met stormen met een hoog watergehalte een golflengte van 10 cm gebruiken, bijvoorbeeld de Amerikaanse NEXRAD. De kosten van een grotere antenne,
klystron en andere gerelateerde apparatuur worden gecompenseerd door dit voordeel.

Voor een radar van 5 cm wordt absorptie belangrijk bij hevige regen en deze demping leidt tot onderschatting van echo's in en buiten een sterke onweersbui. Canada en andere noordelijke
landen gebruiken dit goedkopere soort radar omdat de neerslag in dergelijke gebieden meestal minder intens is. Gebruikers moeten echter rekening houden met dit kenmerk bij het interpreteren van gegevens. De afbeeldingen hierboven laten zien hoe een sterke lijn van echo's lijkt te verdwijnen als deze over de radar beweegt. Om dit gedrag te compenseren, worden radarlocaties vaak gekozen om elkaar enigszins te overlappen in dekking om verschillende gezichtspunten van dezelfde stormen te geven.

Kortere golflengten zijn zelfs nog meer verzwakt en zijn alleen nuttig op korteafstandsradar. Veel televisiestations in de Verenigde Staten hebben radars van 5 cm om hun publiek te dekken.
Het kennen van hun beperkingen en het gebruik ervan met de lokale NEXRAD kan een aanvulling zijn op de gegevens waarover een meteoroloog beschikt.

Vanwege de verspreiding van radarsystemen met dubbele polarisatie worden momenteel robuuste en efficiënte benaderingen voor de compensatie van regendemping geïmplementeerd door operationele weerdiensten.
 
Heldere band
De reflectiviteit van een radarstraal hangt af van de diameter van het doel en zijn vermogen om te reflecteren. Sneeuwvlokken zijn groot maar zwak reflecterend, terwijl regendruppels klein maar sterk reflecterend zijn.

Wanneer sneeuw door een laag boven het vriespunt valt, smelt het in regen. Met behulp van de reflectiviteitsvergelijking kan men aantonen dat het rendement van de sneeuw voor het smelten en de regen erna niet al te verschillend zijn, aangezien de verandering in diëlektrische constante de verandering in grootte compenseert. Tijdens het smeltproces "ziet" de radargolf echter iets dat lijkt op zeer grote druppels wanneer sneeuwvlokken bedekt raken met water.

Dit geeft een hoger rendement dat kan worden aangezien voor sterkere neerslag. Op een PPI zal dit verschijnen als een intense ring van neerslag op de hoogte waar de straal het smeltniveau kruist, terwijl op een reeks CAPPI's alleen degenen in de buurt van dat niveau sterkere echo's zullen hebben. Een goede manier om een ​​heldere band te bevestigen, is door een verticale dwarsdoorsnede door de gegevens te maken, zoals geïllustreerd in de afbeelding hierboven.

Een tegengesteld probleem is dat motregen (neerslag met een kleine waterdruppeldiameter) de neiging heeft om niet op de radar te verschijnen, omdat radarretouren evenredig zijn met de
zesde macht van de druppeldiameter.
 
1,5 km hoogte CAPPI aan de top met sterke vervuiling van de helderband (geel). De verticale snede
aan de onderkant laat zien dat dit sterke rendement alleen bovengronds is.
   
 
Meerdere reflecties
Aangenomen wordt dat de straal de weerdoelen raakt en direct terugkeert naar de radar. In feite wordt er energie in alle richtingen gereflecteerd. Het meeste ervan is zwak en meerdere
reflecties verminderen het nog verder, dus wat uiteindelijk van een dergelijke gebeurtenis naar de radar kan terugkeren, is te verwaarlozen. In sommige situaties kan echter een meervoudig gereflecteerde radarstraal worden ontvangen door de radarantenne. Wanneer de straal bijvoorbeeld hagel raakt, wordt de energie die naar de natte grond wordt verspreid, teruggekaatst naar de hagel en vervolgens naar de radar. De resulterende echo is zwak maar merkbaar. Door de extra weglengte die het moet doorlopen, komt het later bij de antenne en wordt het verder geplaatst
dan de bron.Dit geeft een soort driehoek van valse zwakkere reflecties die radiaal achter de hagel zijn geplaatst.
 
Oplossingen voor nu en de toekomst 
 
Filteren 
Deze twee afbeeldingen laten zien wat er momenteel kan worden bereikt om radargegevens op te schonen. De uitvoer aan de linkerkant is gemaakt met de onbewerkte rendementen en het is moeilijk om het echte weer te zien. Aangezien regen- en sneeuwwolken meestal in beweging zijn, kan men de Doppler-snelheden gebruiken om een ​​groot deel van de rommel te elimineren (grondecho's, reflecties van gebouwen die worden gezien als stedelijke pieken, abnormale voortplanting). De afbeelding aan de rechterkant is gefilterd met deze eigenschap.

Niet alle niet-meteorologische doelen staan ​​echter stil (vogels, insecten, stof). Anderen, zoals de heldere band, zijn afhankelijk van de structuur van de neerslag. Polarisatie biedt een directe typering van de echo's die kunnen worden gebruikt om meer valse gegevens te filteren of om afzonderlijke afbeeldingen te produceren voor gespecialiseerde doeleinden, zoals rommel, vogels, enz. subsets.
 
Radarbeeld van reflectiviteit met veel niet-weersecho's.
 
Hetzelfde beeld maar dan gefilterd
 
Phased Array Weerradar in Norman, Oklahoma
 
Mesonet 
Een andere vraag is de resolutie. Zoals eerder vermeld, zijn radargegevens een gemiddelde van het gescande volume door de straal. Resolutie kan worden verbeterd door grotere antennes
of dichtere netwerken. Een programma van het Center for Collaborative Adaptive Sensing of the Atmosphere (CASA) heeft tot doel de reguliere NEXRAD (een netwerk in de Verenigde Staten)
aan te vullen met behulp van veel goedkope X-band (3 cm) weerradars die op zendmasten voor mobiele telefoons zijn gemonteerd. Deze radars zullen het grote gebied van de NEXRAD onderverdelen in kleinere domeinen om te kijken naar hoogten onder de laagste hoek. Deze geven details die momenteel niet beschikbaar zijn.

Bij gebruik van radars van 3 cm is de antenne van elke radar klein (ongeveer 1 meter diameter), maar de resolutie is op korte afstand vergelijkbaar met die van NEXRAD. De demping is aanzienlijk vanwege de gebruikte golflengte, maar elk punt in het dekkingsgebied wordt door veel radars gezien, elk vanuit een andere richting en compenseert voor gegevens die verloren zijn gegaan van anderen. 
 
Scanstrategieën 
Het aantal gescande hoogtes en de tijd die nodig is voor een volledige cyclus zijn afhankelijk van de weersomstandigheden. Met weinig of geen neerslag kan het schema bijvoorbeeld worden beperkt tot de laagste hoeken en met langere impulsen om windverschuivingen nabij het oppervlak te detecteren. Aan de andere kant is het bij hevige onweersbuien beter om vanuit een groot aantal hoeken te scannen om zo vaak mogelijk een 3-dimensionaal beeld van de neerslag te hebben. Om aan die verschillende eisen te voldoen, zijn scanstrategieën ontwikkeld op basis van
het type radar, de gebruikte golflengte en de meest voorkomende weersomstandigheden in het beschouwde gebied.

Een voorbeeld van scanstrategieën wordt gegeven door het Amerikaanse NEXRAD-radarnetwerk dat in de loop van de tijd is geëvolueerd. In 2008 voegde het bijvoorbeeld extra resolutie van gegevens toe en in 2014, extra scans binnen de cyclus van het laagste niveau.
 
Scan snelhied 
Tijdigheid is ook een punt dat verbetering behoeft. Met 5 tot 10 minuten tijd tussen volledige scans van weerradar, gaan veel gegevens verloren als zich een onweersbui ontwikkelt.
Een Phased-array radar wordt getest in het National Severe Storms Lab in Norman, Oklahoma, om het verzamelen van gegevens te versnellen. Een team in Japan heeft ook een phased-array radar voor 3D NowCasting ingezet bij het RIKEN Advanced Institute for Computational Science (AICS).  
 
Gespecialiseerde toepassingen 
 
Avionica weerradar 
Vliegtuigtoepassing van radarsystemen omvat weerradar, het vermijden van botsingen, het volgen van doelen, grondnabijheid en andere systemen. Voor commerciële weerradar is ARINC 708
de primaire specificatie voor weerradarsystemen die een puls-Doppler-radar in de lucht gebruiken.  
 
Antennes 
In tegenstelling tot grondweerradar, die in een vaste hoek is geplaatst, wordt weerradar in de lucht gebruikt vanaf de neus of vleugel van een vliegtuig. Het vliegtuig zal niet alleen omhoog,
omlaag, naar links en naar rechts bewegen, maar het zal ook rollen. Om dit te compenseren wordt de antenne gekoppeld en gekalibreerd met de verticale gyroscoop die zich op het vliegtuig bevindt. Door dit te doen, kan de piloot een toonhoogte of hoek met de antenne instellen waardoor de stabilisator de antenne bij gematigde manoeuvres in de juiste richting kan houden.
De kleine servomotoren zullen abrupte manoeuvres niet kunnen bijhouden, maar ze zullen het proberen. Hierdoor kan de piloot de radar zo instellen dat deze naar het betreffende weersysteem wijst. Als het vliegtuig zich op een lage hoogte bevindt, zou de piloot de radar boven de horizonlijn willen plaatsen, zodat grondruis op het scherm tot een minimum wordt beperkt.
Als het vliegtuig zich op zeer grote hoogte bevindt, zal de piloot de radar in een lage of negatieve hoek instellen om de radar naar de wolken te richten, waar ze zich ook bevinden ten opzichte van het vliegtuig. Als het vliegtuig van houding verandert, zal de stabilisator zichzelf dienovereenkomstig aanpassen, zodat de piloot niet met één hand hoeft te vliegen en de radar met de andere moet aanpassen 
 
Ontvangers / zenders 
Er zijn twee belangrijke systemen als we het hebben over de ontvanger / zender: de eerste is systemen met hoog vermogen en de tweede is systemen met laag vermogen; beide werken in het
X-band frequentiebereik (8.000 - 12.500 MHz). Krachtige systemen werken op 10.000 - 60.000 watt. Deze systemen bestaan ​​uit magnetrons die vrij duur zijn en door onregelmatigheden met
het systeem behoorlijk wat ruis veroorzaken. Deze systemen zijn dus zeer gevaarlijk voor vonken en zijn niet veilig voor gebruik in de buurt van grondpersoneel.
Het alternatief zou echter de systemen met laag vermogen zijn. Deze systemen werken 100 - 200 watt en vereisen een combinatie van high-gain ontvangers, signaalmicroprocessors en transistors om net zo effectief te werken als de krachtige systemen. De complexe microprocessors helpen om ruis te elimineren, wat een nauwkeurigere en gedetailleerdere weergave van de lucht oplevert. Omdat er in het hele systeem minder onregelmatigheden zijn, kunnen de low-powered radars worden gebruikt om turbulentie te detecteren via het Doppler-effect. Aangezien systemen met een laag vermogen met aanzienlijk minder wattage werken, zijn ze veilig tegen vonkontlading en kunnen ze vrijwel altijd worden gebruikt.
 
Global Express Weerradar met koepel omhoog
 
Nu een lijn van onweersbuien casten vanuit het AutoNowcaster-systeem
 
NOAA NEXRAD radarbeeld van het Park Forest, IL,
 meteorietval van 26 maart 2003.
 
Het volgen van onweer 
Digitale radarsystemen hebben nu mogelijkheden die veel verder gaan dan die van hun voorgangers. Digitale systemen bieden nu onweer-tracking surveillance. Dit biedt gebruikers de mogelijkheid om gedetailleerde informatie te verkrijgen over elke stormwolk die wordt gevolgd. Onweersbuien worden eerst geïdentificeerd door de ruwe neerslaggegevens van de radarpuls te matchen met een soort sjabloon dat voorgeprogrammeerd is in het systeem. Om een ​​onweersbui te identificeren, moet het voldoen aan strikte definities van intensiteit en vorm die het onderscheiden van elke niet-convectieve wolk. Gewoonlijk moet het tekenen van organisatie in horizontaal en continuïteit in verticaal vertonen: een kern of een intenser centrum dat moet
worden geïdentificeerd en gevolgd door digitale radartrackers.  Zodra de onweerscel is geïdentificeerd, worden snelheid, afgelegde afstand, richting en geschatte aankomsttijd (ETA) allemaal bijgehouden en geregistreerd om later te gebruiken.  
 
Dopplerradar en vogeltrek 
Het gebruik van de Doppler-weerradar is niet beperkt tot het bepalen van de locatie en snelheid van neerslag, maar het kan ook vogelmigraties volgen, evenals waargenomen in het gedeelte
niet-weerdoelen. De radiogolven die door de radars worden uitgezonden, weerkaatsen zowel regen als vogels (of zelfs insecten zoals vlinders). De Amerikaanse National Weather Service heeft bijvoorbeeld gemeld dat de vluchten van vogels op hun radar verschijnen als wolken en vervolgens verdwijnen wanneer de vogels landen. De Amerikaanse National Weather Service St. Louis
heeft zelfs gemeld dat er monarchvlinders op hun radars verschijnen.

Verschillende programma's in Noord-Amerika gebruiken reguliere weerradars en gespecialiseerde radargegevens om de paden, vlieghoogte en timing van migraties te bepalen. Dit is nuttige informatie bij het plannen van de plaatsing en exploitatie van windmolenparken, om het aantal dodelijke slachtoffers van vogels, de luchtvaartveiligheid en ander natuurbeheer te verminderen. In Europa hebben vergelijkbare ontwikkelingen plaatsgevonden en zelfs een uitgebreid voorspellingsprogramma voor luchtvaartveiligheid, gebaseerd op radardetectie.
 
Meteoroieten 
Rechts een afbeelding van de meteorietval in Park Forest, Illinois, die plaatsvond op 26 maart 2003. Het rood-groene kenmerk linksboven is de beweging van wolken in de buurt van de radar zelf, en een handtekening van vallende meteorieten is te zien in de gele ellips in het midden van de afbeelding. De vermengde rode en groene pixels duiden op turbulentie, in dit geval als gevolg van het kielzog van vallende meteorieten met hoge snelheid.

Volgens de American Meteor Society vallen meteorieten dagelijks ergens op aarde De database van wereldwijde meteorietvallen die door de Meteoritical Society wordt bijgehouden,
registreert echter doorgaans slechts ongeveer 10-15 nieuwe meteorietvallen per jaar.

Meteorieten ontstaan ​​wanneer een meteoroïde in de atmosfeer van de aarde valt en een optisch heldere meteoor genereert door ionisatie en wrijvingsverwarming. Als de meteoroïde groot
genoeg is en de invalsnelheid laag genoeg is, zullen overlevende meteorieten de grond bereiken. Wanneer de vallende meteorieten vertragen tot onder ongeveer 2-4 km / s, meestal op een
hoogte tussen 15 en 25 km, genereren ze niet langer een optisch heldere meteoor en gaan ze in "donkere vlucht". Hierdoor vallen de meeste meteorieten die overdag in de oceanen vallen of op een andere manier onopgemerkt blijven.

Het is tijdens een donkere vlucht dat vallende meteorieten meestal door de interactievolumes van de meeste soorten radars vallen. Door verschillende onderzoeken is aangetoond dat het
mogelijk is om vallende meteorieten te identificeren in weerradarbeelden.Dit is vooral handig voor het herstel van meteorieten, omdat weerradars deel uitmaken van wijdverbreide netwerken en
de atmosfeer continu scannen. Bovendien veroorzaken de meteorieten een verstoring van lokale winden door turbulentie, wat merkbaar is op Doppler-uitgangen, en vallen ze bijna verticaal,
zodat hun rustplaats op de grond dicht bij hun radarsignatuur ligt.  
 
Bronnen: Wikipedia-fr, Wikipedia-en 
  Categorieën: Meteorologische instrumenten I Weer A tot Z
 
web design florida