Daljinska meteorološka mjerenja - radari
Radari (skr. od engl. Radio Detection and Ranging) su se počeli koristiti početkom Drugog svjetskog rata za detektiranje vojnih ciljeva, no s vremenom su prepoznate i druge primjene ovih uređaja te se radarski produkti koriste u mnogim djelatnostima.
Osnovni princip rada sastoji se u odašiljanju usmjerenih kratkotrajnih impulsa elektromagnetskog zračenja u prostor i potom detektiranju reflektirane energije od potencijalnih ciljeva. U ovisnosti o valnoj duljini emitiranog zračenja i svojstvima cilja doći će ili ne do refleksije od cilja.
U meteorologiji se radari koriste kao mjerni instrumenti za detekciju i mjerenje intenziteta raznih meteoroloških pojava i moderna meteorološka služba danas je nezamisliva bez radarskih produkata. U svijetu je instalirano nekoliko stotina meteoroloških radara. Samo u Europi instalirano ih je preko 200 koji kontinuirano rade (Slika 1.).
Dijelovi radarskog sustava
Meteorološki radar sastoji se od dva osnovna dijela: elektronskog dijela i antene.
Elektronski se dio radara sastoji od odašiljača, prijamnika i računala te je instaliran u prostorijama objekta u kojem se nalazi ili u kontejneru. Antena meteorološkog radara instalirana je na specijalno dizajniranom tornju (Slika 2.) i zaštićena je kupolom. Kupola štiti antenu od raznih vanjskih utjecaja (npr. oborine, vjetra, prašine, pijeska).
Načini mjerenja meteorološkog radara
Meteorološki radar odbija i prikuplja informacije iz emitirane visokofrekventne (VF) elektromagnetske energije koju odašilje u prostor u vrlo uskom i usmjerenom snopu. Kako se emitirana VF elektromagnetska energija prostire pravocrtno, pri mjerenju meteoroloških pojava (oblaka) nije poželjno da ta energija nailazi na neke druge prepreke, primjerice brda ili građevine, jer radar tada ne može detektirati cilj. Zato se meteorološki radari postavljaju na dominantne točke u okolini − vrhove brda ili planina te uzvisine (Slika 3.). Udaljenost, doba dana ili meteorološki uvjeti ne predstavljaju zapreku za radarsko mjerenje.
Snop VF elektromagnetske energije meteorološkog radara vrlo je uzak, manje od 1 stupnja u horizontalnoj i vertikalnoj plohi, poput laserske zrake.
Prilikom mjerenja, antena radara istovremeno se kreće po smjeru (azimutu) i po nagibu (elevaciji) prikupljajući potrebne informacije. Treba naglasiti da je snop VF elektromagnetske energije uvijek usmjeren u atmosferu − od linije horizonta radara pa prema gornjim nagibima. Pokretna antena radara usmjerava snop zračenja tako da formira neku vrstu kružnih stožaca na različitim nagibima (Slika 4.).
Zračenje meteorološkog radara
Zračenje meteorološkog radara je elektromagnetsko zračenje kakvo je prisutno posvuda u okolišu. Takvo elektromagnetsko zračenje generiraju svi električni i elektronički uređaji od kućnih električnih uređaja, trafostanica, dalekovoda, RTV odašiljača, mobitela, baznih stanica mobilnih operatera do radara. S obzirom na frekvenciju, zračenje meteorološkog radara pripada neionizirajućem zračenju mikrovalnog opsega.
Zbog karakteristika zrake meteorološkog radara i njenog usmjeravanja tijekom motrenja (Slika 5.), vrlo je teško (u većini slučajeva nemoguće) da se ljudi i druga živa bića nađu u polju emitiranja meteorološkog radara, tim više što se razina emitirane elektromagnetske energije vrlo brzo smanjuje s udaljenošću od izvora zračenja.
Neionizirajuće mikrovalno zračenje koje generira meteorološki radar i koje je u osnovi elektromagnetsko zračenje, samo u slučaju izravnog djelovanja zagrijava tkiva živih bića, pa tako i tkivo čovjeka. To je do sada jedini znanstveno dokazani efekt neionizirajućeg mikrovalnog zračenja. Ovaj efekt nije akumulirajući i trenutno nestaje nakon prestanka izloženosti elektromagnetskom zračenju, te s obzirom na način rada radara nema posljedica na zdravlje. Znanstveno je dokazano da je za povećanje temperature tijela za 1 °C potrebno višesatno izlaganje ljudskog tijela direktnom izvoru zračenja, odnosno da bi trebalo boraviti direktno ispred antene radara unutar kupole, za vrijeme dok je radar uključen, što nije moguće. Isto tako, antena radara tijekom motrenja – zračenja ne miruje već se kreće po smjeru (azimutu) i nagibu (elevaciji), stoga je nemoguće trajno boraviti u snopu zračenja.
U javnosti su prisutne bojazni da radari emitiraju izrazito jako i štetno zračenje koje uzrokuje maligna i druga teška oboljenja. No, o štetnom utjecaju zračenja radara ne postoje nikakvi znanstveni dokazi. Preventivno, u svakoj državi pa tako i u Republici Hrvatskoj, postoji zakonska regulativa koja propisuje dozvoljene razine elektromagnetskog zračenja u okolini. Regulativom su propisane maksimalne dozvoljene vrijednosti elektromagnetskog zračenja. Vrijednosti propisane našim zakonima daleko su ispod vrijednosti na kojima se pojavljuje mjerljiv efekt štetnog djelovanja. Svi instalirani uređaji koji emitiraju elektromagnetsko zračenje, pa tako i radari, moraju udovoljavati tim propisima. Za svaki se uređaj prije instalacije radi procjena razine elektromagnetskog zračenja u okolini koje će uređaj emitirati i tek ako je ona prihvatljiva, pristupa se instalaciji. Nakon instalacije rade se mjerenja stvarne razine elektromagnetskog zračenja (Slika 6.) s ciljem provjere jesu li izmjerene razine zračenja niže od zakonski dozvoljenih. U praksi su mjerenja zračenja meteoroloških radara uvijek višestruko niža od zakonski dozvoljenih vrijednosti. Štoviše, mjerenja dokazuju da je zračenje mobitela znatno jače od zračenja bilo kojeg meteorološkog radara (Slika 7.). To je prvenstveno zbog udaljenosti ljudskog tijela od izvora zračenja (mobitela i radara) i svojstva da se intenzitet zračenja smanjuje s kvadratom udaljenosti, tj. mobitel je neposredno uz ljudsko tijelo dok je radar udaljen.
Primjena meteoroloških radara
Moderni meteorološki radari nezaobilazan su instrument u današnjoj meteorologiji, a produkti meteoroloških radara nalaze višestruku primjenu u mnogim segmentima ljudskog djelovanja, npr. u poljoprivredi, zračnom, pomorskom i cestovnom prometu, elektroprivredi, zaštiti od požara i poplava u prirodi. S obzirom na sve češće pojave izraženih meteoroloških ekstrema povezanih s velikom količinom oborine u vrlo kratkom vremenu (intenzivna oborina, bujične poplave), uloga radara postaje sve važnija. Pravovremenim otkrivanjem opasnih meteoroloških pojava te dostavljanjem upozorenja nadležnim službama za zaštitu i spašavanje te široj javnosti stvaraju se preduvjeti za pravovremeno i adekvatno djelovanje u sprečavanju gubitaka ljudskih života i velikih materijalnih šteta.
Meteorološki radari najnovije generacije (dvojno polarizirani Doppler radari) pružaju informacije o raznim meteorološkim pojavama na širokom području (operativnom dometu). Tako se uz podatke o rasprostranjenosti naoblake iz koje se očekuje oborina dobivaju i informacije o očekivanom intenzitetu oborine na tlu, brzini i smjeru vjetra u slojevima atmosfere, akumuliranoj količini oborine na tlu za određeni period i područje, vrsti oborine (snijeg, susnježica, kiša, tuča) i druge korisne informacije. Na Slici 8. dan je radarski prikaz akumulirane oborine tijekom 24 sata. Iz takvog radarskog produkta, koji se računa iz više uzastopnih radarskih mjerenja, jasno je vidljiva prostorna rasprostranjenost kao i količina oborine u definiranom periodu. Takav produkt vrlo je koristan za predviđanje eventualnih poplava, klimatološke analize i druge namjene.
Osim meteoroloških informacija, najnoviji radari mogu detektirati i identificirati i pojave koje nisu meteorološke, npr. rojevi insekata, jata ptica, vulkanski pepeo i sl.
Radari i vrlo kratkoročne prognoze
Meteorološki radari imaju široku i sve veću primjenu u detektiranju i predviđanju opasnih vremenskih pojava kao što su oluje (Slika 9.), bujične poplave, tornada i sl. To je posebno korisno meteorolozima u izradi kratkoročnih vrlo preciznih prognoza (tzv. nowcasting). Time se javnosti i službama za zaštitu i spašavanje daju neophodne i točne informacije, kako bi se omogućilo preventivno djelovanje i sprječavanje nastanka većih materijalnih šteta ili gubitak ljudskih života.
Radari u Hrvatskoj
Projektom modernizacije meteorološke motriteljske mreže u Republici Hrvatskoj − METMONIC, koji je započeo u listopadu 2017., DHMZ je nabavio i instalirao šest novih C-band dvojno polariziranih Doppler radara Vaisala WRM200. Tim projektom obnovljena je mreža meteoroloških radara na postojećim lokacijama (Puntijarka na Medvednici, Bilogora i Gradište) te su postavljena tri nova meteorološka radara na Jadranu (Goli u Istri, Debeljak kod Zadra i Uljenje na Pelješcu). Postavljanjem radara na Jadranu omogućuje se pravodobno zaprimanje neophodnih podataka za najavu olujnog nevremena i ekstremnih oborina na području hrvatskog dijela Jadrana čime se povećava sigurnost ljudi na moru i uz more (Slika 10).
Modernizacijom i proširenjem mreže meteoroloških radara omogućena su kvalitetnija mjerenja atmosfere nad Hrvatskom čime je dostupno više podataka o stanju atmosfere te omogućeno generiranje više radarskih produkata poput izračuna ukupne količine oborine za različita vremenska razdoblja (Slika 8.), određivanje profila vjetra, klasifikacija hidrometeora koji će biti od pomoći pri lociranju tuče, jakih udara vjetra, oluja i jakog intenziteta oborine. Osim bolje prostorne prekrivenosti smanjio se i interval između mjerenja s 15 minuta na 5 minuta. Modernizacijom mreže meteoroloških radara DHMZ-a po prvi je puta cijela Hrvatska, na kopnu i na moru, pokrivena radarskim mjerenjima (Slika 10.) što povećava mogućnost pravodobnog upozorenja na opasne vremenske pojave, a time i zaštite ljudi i imovine.