Il radar meteorologico

Semplificando al massimo abbiamo l’equazione che specifica la potenza ricevuta dal radar P:

C è definita come la costante del radar ed in essa vengono inglobate le quantità che assumono valori fissi. Misurando quindi la potenza P che viene riflessa indietro verso il radar e conoscendo la distanza dei targets, si può stimare la riflettività Z.

La riflettività è l’integrale, calcolato nel volume di atmosfera analizzato dal radar, del prodotto del numero di gocce di un certo diametro per la sesta potenza del diametro stesso, misurata in mm⁶/m³; la riflettività è quindi un parametro adimensionale.
Quindi piccole variazioni del diametro delle gocce determinano grandi variazioni nel valore di riflettività, pertanto i valori di Z possono variare in un intervallo piuttosto ampio; per tale motivo si decide di adottare come unità di misura il decibel di Z (dBZ), ottenuto con la seguente formula:

Quando Z è compreso tra 0 e 1, quindi in presenza di particelle particolarmente piccole, il valore di dBZ è negativo. Una semplice regola dice che raddoppiando l’intensità di precipitazione la riflettività aumenta di 3 dbZ.
Le gocce di pioggia hanno una riflettività 9 volte maggiore quella dei fiocchi di neve, che a loro volta danno medesimi echi con le gocce di pioviggine; la riflettività massima si ha invece con i chicchi di grandine.

Quando la sorgente della radiazione elettromagnetica (i targets) e il sistema ricevente (il radar) si trovano in movimento relativo, la frequenza della radiazione misurata cambia proporzionamente alla velocità relativa dei due soggetti.

Il cambiamento di frequenza f dipende dalla velocità radiale del target V ed è inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda lambda della radiazione elettromagnetica. Vi è la seguente formula:

Poichè per convenzione si assume una velocità radiale negativa quando il target si muove verso la direzione del radar, e positiva nel caso opposto, avremo un cambiamento di frequenza positivo quando l’oggetto si avvicina al radar, negativo quando si allontana.

La velocità radiale di un target sarà sempre minore o al più uguale rispetto a quella reale, in quanto è massima quando la direzione di spostamento coincide con quella radiale, ovvero quella diretta verso il radar, ed in questo caso sarà uguale quindi alla velocità reale. Per le altre direzioni la velocità radiale risulterà minore, nulla invece quando lo spostamento avviene in modo perpendicolare alla direzione radiale.

Analogamente al caso della massima distanza di rilevamento esaminato in precedenza, anche la massima velocità radiale dipende dalla frequenza di ripetizione dell’impulso PRF, solo che la dipendenza è inversa:

Quindi maggiore è la frequenza d’impulso maggiore sarà la velocità radiale rilevata, minore invece il raggio d’azione; situazione opposta per frequenze d’impulso minori, quindi velocità radiali più piccole e distanza di rilevamento più grande.

Infine un radar Doppler misura anche la cosiddetta ampiezza dello spettro, ovvero la dispersione delle velocità rilevate intorno ad un valore medio.
In pratica viene esplorata una sezione di atmosfera mediante una serie di impulsi elettromagnetici ravvicinati che rilevano le velocità dei targets, si calcola quindi la velocità media delle rilevazioni e la dispersione attorno tale valore, chiamata appunto ampiezza dello spettro.

Valori piccoli indicano scarsa dispersione e quindi ottima stima delle velocità radiali, valori grandi indicano invece maggiore dispersione ed in genere rappresentano quelle situazioni caratterizzate da forti turbolenze, shear elevato, aree temporalesche di una certa consistenza.

 Prodotti radar 

• la riflettività;
• la velocità;
• la turbolenza o ampiezza dello spettro.