Radares Meteorológicos

O termo "RADAR" (do inglês, RAdio Detection And Ranging) é um acrónimo extremamente feliz, por evidenciar o facto de os radares detetarem e localizarem alvos por emissão de ondas eletromagnéticas na frequência das ondas rádio.

Os radares que se usam em meteorologia, designadamente aqueles de que o IPMA dispõe, observam o volume da atmosfera em seu redor, de modo a fornecer aos meteorologistas informação para apoio às atividades que têm a seu cargo. Permitem saber, de forma aproximada, onde vai chover, quanto choverá no muito curto-prazo e quanto choveu nas últimas horas (mesmo em áreas muito limitadas e remotas). Permitem igualmente reconhecer o regime predominante da precipitação (estratificado, caraterizado por precipitação contínua ou, pelo contrário, convectivo, com a típica ocorrência de aguaceiros e trovoada), identificar a altitude do topo das nuvens e fornecer diversos tipos de informação sobre o campo do vento, entre outros detalhes.

Todos os radares da rede nacional são sistemas Doppler, da banda C (comprimento de onda de aproximadamente 5,3 cm) e dotados de tecnologia de polarização dupla. Esta recente tecnologia aporta diversos benefícios face à exploração operacional que era possibilitada pelos anteriores sistemas convencionais. Permite estimar com melhor qualidade a precipitação observada e, também, efetuar a discriminação entre diversos tipos de hidrometeoros presentes nas nuvens, tais como chuva, neve e granizo, entre outros.

Presentemente, os radares da rede nacional são:

1. no continente: Arouca/Pico do Gralheiro (norte-centro), Coruche/Cruz do Leão (centro-sul) e Loulé/Cavalos do Caldeirão (sul);
2. nas regiões autónomas: Porto Santo/Pico do Espigão (Madeira) e Terceira/Santa Bárbara (Açores, grupo central).

Brevemente, no âmbito do plano de expansão da rede nacional de radares, dois novos sistemas serão instalados na Região Autónoma dos Açores, encerrando a rede de radares: Flores/Morro Alto (grupo ocidental) e S. Miguel/Pico Santos de Cima (grupo oriental).

Estes sistemas de radar medem:

• a potência que é devolvida à antena, após incidência sobre alvos presentes na atmosfera, tais como gotas de precipitação, gotículas, cristais de neve, pedras de granizo, etc; o valor da potência recebida é convertido numa outra grandeza, a refletividade. Esta, que se representa por Z, é proporcional à concentração e, em especial, à dimensão dos alvos detetados. Recorrendo a relações semi-empíricas (relações Z-R), essa potência pode ser convertida na grandeza intensidade da precipitação (R).
• a velocidade com que alvos como gotas de precipitação se deslocam em relação ao radar, com recurso ao efeito Doppler da luz (princípio físico idêntico ao efeito Doppler do som), sofrido pela radiação eletromagnética incidente sobre alvos em movimento.
• diversas grandezas polarimétricas, isto é, quantidades obtidas pela combinação de informação dos planos horizontal e vertical de observação dos alvos, viabilizada pela tecnologia de polarização dupla, e cujo uso combinado permite a classificação dos diversos tipos de hidrometeoros presentes na atmosfera e, até, a identificação de outro tipo de alvos, de que é exemplo o fumo de incêndios florestais. Estas grandezas permitem, igualmente, estimar diretamente a intensidade da precipitação a partir de propriedades microfísicas, sem recurso a relações Z-R, o que parece promissor.

A refletividade exprime-se em dBZ (lê-se “decibéis de Z”) sendo o seu significado físico de difícil apreensão; no entanto, a valores mais elevados de Z provenientes de um volume da atmosfera, correspondem gotas e/ou pedras de granizo com maior dimensão.

Conforme referido, a refletividade pode ser convertida em intensidade da precipitação (mm/h). O significado físico desta unidade é semelhante ao que se extrai do das observações meteorológicas clássicas. A observação da atmosfera com radar não é contínua; se as observações forem efetuadas com uma periodicidade de 5 minutos sobre um dado local, por exemplo e, nesse mesmo local, for observado o valor de 15 mm/h em todas as 12 observações efetuadas durante uma hora, pode dizer-se que o valor da precipitação acumulada estimada para esse local, com radar, durante essa hora, é de 15 mm, admitindo-se que o valor da intensidade de precipitação se manteve constante durante o intervalo entre observações.

Entre os produtos radar com mais interesse, contam-se os de:

Máximos de Reflectividade

Corresponde ao campo do valor máximo da refletividade observado na vertical (projetado sobre o plano horizontal), valor máximo da refletividade observado na direção este-oeste (projetado em painel lateral) e valor máximo da refletividade observado na direção norte-sul (projetado em painel lateral).

Este produto é adequado à monitorização de nuvens com grande desenvolvimento vertical, frequentemente responsáveis pela ocorrência de aguaceiros fortes, trovoada e, por vezes, queda de granizo; nuvens desta classe aparecem usualmente neste tipo de imagem como núcleos com refletividade elevada, correspondente a cores mais quentes da respetiva escala, rodeados por cores mais frias, de aspeto aproximadamente circular (ver exemplo em Fig. 1). Um corte vertical efetuado sobre as observações 3D pode permitir, por exemplo, identificar os núcleos com maior conteúdo de granizo em altitude e maior potencial para causar a queda de granizo no solo (ver exemplo em Fig.2).

Fig 1 - Imagem de máximos de refletividade (dBZ), radar de Arouca/Pico do Gralheiro, 17:00 UTC, 31 de maio de 2021. Local do radar (R) indicado por “+”.

Esta imagem (Fig. 1) compreende os máximos de refletividade observados: segundo a direção vertical e projetados sobre o plano horizontal (painel central da imagem), segundo a direção este-oeste e projetados sobre um painel lateral (lado direito da imagem) e segundo a direção norte-sul e projetados sobre um painel lateral (lado superior da imagem).

Neste exemplo (Fig. 1) observa-se, sobre o norte do território, um aglomerado convectivo que, àquela hora, afetava com aguaceiros fortes e trovoada a região de Vila Real (Trás-os-Montes). Na zona de maior atividade os valores da refletividade excediam os 60 dBZ (cor magenta), que são habitualmente sinónimo da presença de granizo nas nuvens. Em qualquer um dos painéis laterais é possível identificar a estrutura de bigorna caraterística de nuvens com grande desenvolvimento vertical (indicada por setas).

Na Fig. 2 - Painel esquerdo: imagem de máximos de refletividade (dBZ). Local do radar (R) indicado por “+”. Sobre o aglomerado convectivo identificado na região de Vila Real, foi aplicado um segmento de corte (AB). Painel direito, superior: ao longo do segmento (AB) foi efetuado um corte vertical para analisar a estrutura vertical da refletividade na zona de maior atividade do aglomerado, entre níveis baixos e o seu topo. É revelado um grande desenvolvimento vertical (topos em torno de 14000 m de altitude), valores de refletividade > 60 dBZ a 3000 m de altitude e uma extensa bigorna dirigida para norte. Painel direito, inferior: ao longo do mesmo segmento (AB) foi efetuado um corte vertical para analisar a disposição vertical dos hidrometeoros presentes. É visível uma grande extensão vertical contendo graupel (para a presente discussão pode ser considerado como granizo de pequena dimensão) e granizo propriamente dito. Também é visível a presença de chuva e granizo nos níveis junto ao solo e que a bigorna é constituída por cristais de neve.

Fig 2 - Observações do radar de Arouca/Pico do Gralheiro, 17:00 UTC, 31 de maio de 2021.

Intensidade da Precipitação

Corresponde ao campo da intensidade da precipitação observado com radar em níveis próximos da superfície (ver exemplo em Fig. 3); no entanto, por motivos relacionados com a natureza da propagação da radiação na atmosfera, os valores são observados a altitudes crescentes à medida que a distância ao radar aumenta, pelo que para distâncias superiores a 120 Km ao radar, os valores da grandeza observada poderão ser menos representativos do que estará a ocorrer junto à superfície.

Fig 3 - Imagem da intensidade da precipitação (mm/h) em níveis próximos da superfície, radar de Arouca/Pico do Gralheiro, 17:00 UTC, 31 de maio de 2021. Local do radar (R) indicado por “+”.

Neste exemplo (Fig. 3) observa-se que, sobre o norte do território, e na zona de maior atividade do aglomerado convectivo referenciado na Fig. 1, a intensidade da precipitação excedia, em alguns locais, 300 mm/h (provável efeito de sobrestima pela presença de granizo). No restante território nacional, a esta hora, praticamente não se observava precipitação. Pela comparação entre a presente figura e a Fig. 1 verifica-se que a área afetada por precipitação é mais limitada do que a do padrão de bigorna, visível na Fig. 1 até à fronteira norte com Espanha, uma vez que a bigorna não produz precipitação.

Precipitação acumulada em 1h

Corresponde à integração, no tempo, do campo da Intensidade da Precipitação observado com radar (ver exemplo em Fig. 4); os comentários efetuados a propósito da intensidade da precipitação mantêm-se válidos para o presente produto.

Neste exemplo (Fig. 4) verifica-se que, sobre o norte do território, o padrão dos valores de precipitação acumulada é relativamente diferente do padrão correspondente à intensidade da precipitação que se observava pelas 17:00 UTC (confrontar com Fig. 3). Este facto deve-se a que os valores observados de precipitação acumulada, entre Moimenta da Beira e Vila Real, foram devidos a precipitação ocorrida no período compreendido entre as 16:00 e as 16:50 UTC.

Fig 4 - Imagem de precipitação acumulada (mm) em níveis próximos da superfície, radar de Arouca/Pico do Gralheiro, das 16:00 às 17:00 UTC de dia 31 de maio de 2021. Local do radar (R) indicado por “+”.