Área educativa - RADARES Meteorológicos

O momento de ordem 2 é proporcional ao desvio-padrão das componentes radiais da velocidade dos alvos presentes no volume de resolução; constitui uma medida da turbulência presente no volume de resolução.

Polarização dupla

Conceito

Atualmente, os sistemas de radar meteorológico em exploração operacional são, na sua maioria, apenas de polarização horizontal. Ou seja, a radiação eletromagnética emitida pela antena apresenta o respetivo campo elétrico a oscilar no plano horizontal (e o campo magnético, desfasado de 90º do campo elétrico, a oscilar no plano vertical).

Este facto permite ao sistema emitir impulsos com polarização horizontal e receber a refletividade associada apenas a impulsos com este tipo de polarização (ver a animação da esquerda).

A tecnologia de dupla polarização – que está a ser progressivamente instalada em sistemas destinados a exploração operacional – está associada à emissão de impulsos de polarização horizontal mas, também, de polarização vertical, e à respetiva receção. Em geral, é alternadamente emitido um impulso com cada um dos tipos de polarização (ver a animação da direita).

De forma simplista pode dizer-se que os sistemas de polarização horizontal, como os que atualmente integram a rede nacional de radares meteorológicos, medem apenas a dimensão horizontal dos retro difusores observados. Os sistemas de polarização dupla medem as dimensões horizontal e vertical das partículas e, com esta capacidade, estão em condições de fornecer muito mais informação do que os sistemas convencionais.

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  Impulsos de polarização horizontal emitidos por um sistema de polarização simples (Fonte: NSSL).
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  Impulsos de polarização horizontal e vertical, alternadamente emitidospor um sistema de polarização dupla (Fonte: NSSL).

De forma simplista pode dizer-se que os sistemas de polarização horizontal, como os que atualmente integram a rede nacional de radares meteorológicos, medem apenas a dimensão horizontal dos retro difusores observados. Os sistemas de polarização dupla medem as dimensões horizontal e vertical das partículas e, com esta capacidade, estão em condições de fornecer muito mais informação do que os sistemas convencionais.

Parâmetros polarimétricos

Sem qualquer incursão pelo formalismo matemático envolvido, apresentam-se seguidamente alguns dos parâmetros que os sistemas deste tipo permitem obter.

Reflectividade Diferencial ( Ζ_DR )

é a relação entre a potência do sinal refletido polarizado horizontalmente e a do sinal refletido polarizado na vertical; constitui um bom indicador da forma do retro difusor permitindo distinguir, por exemplo, o granizo (essencialmente partículas esféricas) de gotas de chuva com grande dimensão (partículas oblatas).

Coeficiente de Correlação ( ρ_HV )

é a correlação entre a potência do sinal refletido polarizado horizontalmente e a do sinal refletido polarizado na vertical; constitui um bom indicador da existência de volumes da atmosfera em que haja coexistência de retro difusores: permite identificar regiões com mistura de chuva e neve, por exemplo. Nestes casos os sinais com cada tipo de polarização tendem a ser afetados de modo diferente ao atravessar a região com mistura de retro difusores, pelo que o valor deste parâmetro atinge um mínimo relativo.

Fase diferencial ( Φ_DP )

é a diferença de fase entre a onda com polarização horizontal e a onda com polarização vertical; aparece com valor não nulo se o conjunto de partículas existente no volume da atmosfera tiver uma orientação predominante.

Fase Diferencial Específica ( Κ_DP )

é a derivada espacial da fase diferencial, ou seja, uma comparação da diferença de fase entre os impulsos polarizados horizontal e verticalmente, a duas distâncias diferentes; constitui um bom estimador da intensidade de precipitação.

Razão de despolarização linear ( LDR )

constitui a relação entre a potência recebida no canal com polarização cruzada (potência recebida com polarização vertical, da que foi emitida com polarização horizontal) e a potência recebida no canal com co polarização (potência recebida com polarização horizontal

Aplicações de sistemas de polarização dupla

De entre algumas das possibilidades inovadoras que esta tecnologia permite contam-se:

• a discriminação entre partículas de granizo e gotas de chuva;
• a identificação da dimensão média das partículas de granizo;
• a identificação do tipo de hidrometeoro (neve, chuva, granizo, graupel, etc, como é visível na figura ao lado - Outflow);
• a identificação de células convetivas com atividade elétrica particularmente importante;
• a melhoria sensível nas estimativas da intensidade de precipitação em várias formas (chuva, neve).

Outras aplicações de grande importância advêm da existência de assinaturas polarimétricas específicas de pássaros, insetos e mesmo ecos de propagação anómala, as quais serão identificadas por sistemas com este tipo de tecnologia.

Também as partículas de plumas de incêndio poderão ser melhor identificadas e distinguidas dos ecos de nuvens e precipitação, recorrendo a este tipo de sistema.

Imagem de corte vertical sobre uma célula convectiva, com aplicação de algoritmos polarimétricos.
(Fonte: CSU-CHILL National Radar Facility, Colorado Sate University).

A realização de diversos estudos tem evidenciado que a utilização de radares de polarização dupla pode vir a ter um impacto.