Díky moderním aplikacím v mobilních telefonech a rozšíření internetu je sledování srážek pomocí meteorologických radarů velmi oblíbená činnost všech, kterým výskyt srážek může zkomplikovat jejich aktivity. Jenže ne vždy je interpretace radarových snímků tak jednoduchá.

Jak funguje meteorologický radar?

Připomeňme si na úvod základní princip fungování meteorologických radarů. Je to podobné jako u radarů klasických. Přístroj nejprve pomocí parabolické antény vyšle úzký (desetiny až jednotky stupňů) a krátký (v řádu mikrosekund) puls radiových vln na určité frekvenci. Tento signál se při kontaktu s objektem ležícím v cestě jeho šíření částečně odrazí a rozptýlí. Část odražené energie původního pulsu přitom směřuje zpět k radiolokátoru, kde je přijímací anténou zachycena, převedena do elektronické podoby a získaný signál je pak vyhodnocen. Vlnové délky používané v meteorologických radarech jsou v řádu centimetrů – v Česku (obr. 1) se používá tzv. pásmo C o délce 5,3 cm.


Obr. 1: Fotografie meteoradaru na vrcholu Praha v Brdech, zdroj: In-počasí

Z intenzity odražených vln lze určit množství srážkových částic v cílové oblasti, ze zpoždění odraženého pulsu vypočítat jejich vzdálenost a z hodnoty azimutu a elevace antény je pak možné stanovit úplnou polohu cíle. Postupným horizontálním natáčením radaru a změnou elevace antény dochází k proskenování různých úhlů a získání třírozměrné prostorové informace o výskytu srážek či srážkově významné oblačnosti.

Množství odražené energie je přímo úměrné součtu šestých mocnin průměrů přítomných kapiček vody či částic ledu. Obvykle používanou jednotkou odrazivosti je 1 mm⁶/m³ , pro praktické účely se užívá logaritmická jednotka dBZ, kde odrazivost [dBZ] = 10.log (odrazivost [mm⁶/m³ ]), tedy 0 dBZ odpovídá odrazivosti 1mm⁶/m³.

Většina moderních radarů je schopná u přijatého odrazu určit i změnu frekvence elektromagnetické vlny, která je ovlivněna rychlostí sledovaného cíle. Díky Dopplerově efektu dochází při odrazu od částic, pohybujících se směrem od radaru, ke snížení frekvence vln, při pohybu směrem k radaru se frekvence odražených vln zvyšuje (viz obr. 2). Schopnost postihnout rychlost pohybu oblačných a srážkových elementů je velmi užitečná například při studiu a detekci bouřkových oblaků, mj. při detekci výskytu podmínek vhodných pro vznik tornáda. Některé typy radarů jsou schopné detekovat také polarizaci přijímaného záření, ze které lze získávat informace o skupenství a tvaru srážek.


Obr. 2: Ideální příklad výstupu Dopplerovského radaru – modré odstíny značí vzdalující se cíle, červené odstíny blížící se cíle, zdroj: Wikipedia

Interpretace radarových informací

Data získaná meteorologickým radarem se zpracovávají pomocí různých počítačových technik, které umožňují rozličné způsoby vizualizace. Původně třírozměrná informace se nejčastěji zobrazuje pomocí průmětu do vodorovné roviny, často doplněného bočními průměty či řezy. Je možné zobrazit jak maximální odrazivost, tak například odrazivost ve výšce 2 km, která lépe odpovídá rozložení srážek na zemi. Takový tvar mají i výstupy zveřejňované na stránkách Českého hydrometeorologického ústavu (viz obr 3). Množství srážkových částic v cílové oblasti je převedeno do barevné škály podle intenzity srážek. ČHMÚ používá barevnou škálu od tmavě fialové, reprezentující odrazivost 4 dBZ a intenzitu deště cca 0,06 mm/hodinu, čili prakticky zanedbatelné srážky, až po barvu bílou s odrazivostí 60 dBZ a intenzitou srážek přes 100 mm/h (viz obr. 4). Výskyt bílé barvy se omezuje výlučně na bouřkové systémy, a pokud se vyskytne, je v dané oblasti s velkou pravděpodobností možný výskyt krup. Barva sytě červená až červená znamená velmi intenzivní srážky většinou přívalového charakteru, i ty bývají prakticky výlučně omezeny na bouřky. Oranžové odstíny znamenají silný déšť, žluté až zelené odstíny pak déšť slabší – ostatně o tom svědčí i přiložená přibližná stupnice intenzity srážek.


Obr. 3: Příklad zobrazení radarových dat – maximální radarová odrazivost (včetně bočních průmětů), stupnice umístěna vlevo dole, zdroj: ČHMÚ


Obr. 4: Silné bouřky s možným výskytem krup (odrazivost 60 dBZ a více) severovýchodně od Tábora, 8. července 2004, zdroj: Bourky.com

Možnosti mylné interpretace radarových informací

Je nutné zdůraznit, že výše uvedená pravidla platí jen za určitých optimálních podmínek, jako je letní polovina roku a dostatečná blízkost místa k radaru.

V zimní polovině roku jsou srážkové částice v oblacích poněkud menší než v letní polovině, s čímž souvisí i nižší hodnoty odrazivosti a tedy posun barev srážkových cílů k zelené a modré barvě. Jenže zatímco v letní polovině roku odstíny zelenomodré barvy znamenají jen slabé srážky, které ani nemusí dopadnout k zemskému povrchu, v zimě znamenají docela vydatné sněžení. Je to způsobeno tím, že v případě kapalné vody je odrazivost větší než u stejně velkých částic ledu. Pokud dojde k tání ledových částic na cestě k povrchu ve vrstvě vzduchu s nadnulovou teplotou, projevuje se to zvýšením odrazivosti, což může vést k přecenění intenzity srážek v této vrstvě (obr. 5).


Obr. 5: Bright band efekt v levé části obrázku v podobě pásu s jasně zvýšenou odrazivostí trval v tomto případě víc než 10 hodin (na vodorovné ose čas, na svislé výška), zdroj: esrl.noaa.gov

Dále je třeba zdůraznit, že typický dosah meteorologických radarů je kolem 150 až 200 kilometrů (obr. 6) – při obvyklém rozvrstvení teploty a vlhkosti v atmosféře se totiž původně horizontální paprsek postupně odchyluje od zemského povrchu (např. ve vzdálenosti 225 km je už zhruba 3 km nad povrchem) a s rostoucí vzdáleností od vysílače tak obvykle roste minimální výška detekovatelných srážkových částic, protože níže položené objekty budou z pohledu radaru „pod obzorem“. Navíc se zvětšující se vzdáleností od radaru dochází k rozšiřování oblasti zasažené energií vyslaného pulsu, takže klesá prostorové rozlišení získaného zobrazení. To znamená, že stejně intenzivní srážky se například v oblasti Šluknovského výběžku budou jevit méně intenzivně než ve středních Čechách. Konečně, zmiňme i útlum radarových paprsků při průchodu intenzivními srážkami – v takovém případě se můžou jevit vzdálenější srážky výrazně slabší, pokud na cestě mezi nimi a radarem leží jiné intenzivní srážkové cíle, i když realita může být opačná.


Obr. 6: Maximální dosahy meteorologických radarů ČHMÚ (kruhy) a dosahy pro určování intenzit srážek (do výšky 1500 m nad terénem), zdroj: ČHMÚ

Meteorologický radar vidí i to, co nejsou srážky

Aby toho nebylo málo, občas se na radarových obrázcích objeví rušivé údaje. Často jde o pozemní cíle (odrazy od terénu) v podobě jednotlivých pixelů s vyšší odrazivostí nebo menších nesouvislých oblastí. Poznáme je podle veliké prostorové i časové proměnlivosti odrazivosti, na animaci zůstávají na stejném místě bez pohybu. Občas se objevují určité rušivé cíle ve tvaru svazku paprsků rozšiřujícího se směrem od radaru, který je způsoben provozem bezdrátových sítí na frekvenci blízké frekvenci vysílaní radar (obr. 7). Někdy se můžeme setkat i s odrazy od letadel v podobě izolovaných bodů ve větších výškách nebo s tzv. „andělskými echy" (ve tvaru shluků, spirál apod.).


Obr. 7: Příklad rušivého vlivu bezdrátového vysílače provozovaného v Plzni, zdroj: ČHMÚ

Encyklopedie počasí

Přečtěte si další články z naší rozsáhlé encyklopedie počasí, která shrnuje poznatky o meteorologii a počasí. Pochopíte řadu základních meteorologických prvků a způsob vytváření předpovědí počasí.

Encyklopedie počasí