Arxiu de la categoria: Radars

Parlant d’interferències al radar meteorològic

El “radar meteorològic”, pel públic en general,  és la imatge que s’ofereix a la web pública (http://www.meteo.cat/observacions/radar). En aquesta imatge identifiquem unes “taques” de colors (generalment de tons blaus i verds) com a nuclis de precipitació projectades sobre la superfície (figura 1). D’aquesta manera podem saber en l’espai i el temps si s’ha produït precipitació en els darrers minuts en una àrea determinada, o si preveiem que precipitarà sobre un territori concret en el futur immediat. En el cas que el producte radar visualitzat sigui prou sofisticat, podrem fer una bona estimació de la intensitat de precipitació (mm o l/m2), com és el cas de la imatge que actualment es mostra a la web. Tècnicament es parla de l’estimació de la precipitació vista pel radar, o precipitació radar, tot i que en realitat aquesta magnitud no és una dada que el radar mesuri directament, sinó que s’obté a través d’un seguit de processos força sofisticats, a partir de la part proporcional d’energia que rep el radar respecte del total que emet i que els diferents objectes que s’interposen al feix radiat són capaços de retornar.

Figura 1. Imatge web de l’estimació de precipitació, a partir d’un producte compost dels radars meteorològics del Servei Meteorològic de Catalunya

Cal comentar que la imatge de l’estimació de la precipitació proporcionada a la web és un producte compost a partir de les mesures de diversos radars. En concret, el Servei Meteorològic de Catalunya (SMC) disposa de quatre radars meteorològics que constitueixen la Xarxa de Radars del SMC (XRAD). Així doncs, també es poden barrejar afectacions provinents de més d’un radar.

Tot i les diferències existents entre els quatre equipaments, la XRAD és força homogènia. En concret, tots els radars operen de forma coherent i en la mateixa banda de l’espectre electromagnètic (banda C, a uns 5,6 GHz). Així doncs, gràcies a la configuració de la seva tecnologia, cada radar està dissenyat per obtenir un senyal de retorn – o ecos – que és òptim quan el senyal emès és interceptat per nuclis de precipitació. Cal tenir en compte, però, que en realitat el senyal que mesura un radar meteorològic és de naturalesa diversa i conté un elevat nombre de retorns que no es corresponen a precipitació. A banda, en aquest text, no farem referència a les variacions dels ecos de precipitació que ocasiona el fet que aquesta, molt sovint, es presenta en intensitat i formes diverses (aigua líquida, aiguaneu, calabruix, calamarsa, pedra, neu o una barreja d’elles). A la figura 2 es representa un pictograma que recull una idea general sobre el conjunt d’afectacions.

 

Figura 2.- Pictograma (adaptat de Collier C. G., 1989) que representa un conjunt de fenòmens que modifiquen i pertorben el tipus de senyal rebut pels radars: 1) atenuació del senyal per intensitat de precipitació; 2) bloqueig del senyal per l’orografia; 3) refracció del feix radar amb propagació anòmala; 4) efecte de banda brillant per l’aparició de la isoterma de zero graus a l’interior d’un núvol amb precipitació; 5) afectacions externes a causa de parcs eòlics, xarxes radioelèctriques o bandes d’ocells migratoris, entre d’altres.

 

En aquest text, volem parlar de les “taques” que no es corresponen amb precipitació, que sovint apareixen com a “soroll”, i que podem considerar ecos no meteorològics o anòmals. En concret, volem parlar de les afectacions causades per senyals electromagnètics. Aquestes afectacions les podem reconèixer perquè apareixen com a interferències. És a dir, línies o traces lineals i força contínues que ocupen una direcció concreta i tenen una llargada significativa sobre la imatge radar, tal com s’aprecia a la figura 3. La figura 3 mostra una imatge de reflectivitat (mesurada en dBZ i que és la magnitud pròpia del radar meteorològic corresponent a la quantitat d’energia retornada pels blancs), que conté, entre altres ecos anòmals, l’afectació de diverses interferències. Com es pot observar, les interferències són força molestes per a la visualització dels ecos que sí que són meteorològics o associats a precipitació. Les interferències que “embruten” la imatge radar significativament són aquelles que persisteixen de forma contínua en el temps, i que, com explicarem més endavant, són les més difícils d’eliminar.

 

Figura 3.- Producte de reflectivitat compost pels radars de la XRAD (dBZ) amb correccions primàries tipus Doppler, on apareixen diverses interferències entre altres tipus d’ecos.

 

En realitat, cal tenir en compte que el primer que s’obté com a imatge composta són dades en les que no s’aplica encara cap tipus de correcció i que generen una imatge com la que mostra la figura 4 i que podem comparar amb la figura anterior. Com es pot comprovar a la figura 4, apareixen un conjunt elevat de “taques” noves (en aquest cas, de reflectivitat total –dBT–) que no es corresponen amb precipitació. La majoria d’elles són ecos de terra producte de la topografia, així com ecos produïts pel mar, i, més marcadament en forma de línies, apareixen interferències produïdes per xarxes radioelèctriques que emeten en bandes molt properes a les dels radars meteorològics, contaminant les direccions dels azimuts afectats. Tots aquests senyals no desitjats es filtren en diferents etapes durant el processament i tractament del senyal (tal com es pot apreciar comparant altra vegada les figures 3 i 4). En el cas de la imatge a la web, encara s’aplica un post-processament més exigent i sofisticat que, entre altres coses, converteix la reflectivitat en precipitació i “neteja” aquests efectes en temps real.

 

Figura 4.- Producte de reflectivitat compost pels radars de la XRAD (dBT) sense correccions primàries.

 

Finalment, en determinats casos, els filtres que s’apliquen són incapaços d’eliminar del tot aquests senyals no desitjats. I en quins casos pot passar això? Bàsicament, podem trobar dues situacions: la primera, més puntual, és deguda al Sol, que com a font de radiació electromagnètica d’origen natural, apareix principalment a la sortida i a la posta de forma puntual. El segon cas, que és el més problemàtic, és d’origen radioelèctric a causa de les xarxes de telecomunicacions que de forma directa i/o poc controlada ocupen les bandes d’emissió reservades als radars meteorològics, sovint de forma continuada. En concret, cal esmentar aquelles xarxes locals, moltes d’elles municipals, que utilitzen tecnologies WIFI o WiMAX i que aprofiten bandes gratuïtes i adjacents als canals d’ús meteorològic. Moltes d’elles, en realitat, estan ocupant poc o molt les freqüències d’ús reservades pels diferents radars meteorològics, i és en aquests casos quan el radar percep el senyal aliè com si fos un senyal propi i permanent.

 

I com és que passa això? Com a xarxa radioelèctrica, la XRAD compleix la legislació sobre l’ús del domini radioelèctric. En concret, el que es desplega de la Llei General de Telecomunicacions, la Llei 32/2003 i el Reial Decret 863/2008, de 23 de maig, de desenvolupament de la Llei 32/2003 i posteriors modificacions. D’acord amb l’anterior, cadascun dels radars de la XRAD té reservat un canal dins la banda assignada pel Cuadro Nacional de Assignación de Frecuencias (CNAF). Per aquestes reserves, es paga una taxa anual per tal de fer vigent un expedient que garanteixi, a nivell legal, l’ús exclusiu d’aquestes freqüències d’acord amb l’abast i el canal reservat. Malgrat aquesta reserva legal, és molt difícil controlar les freqüències d’ús dels operadors lliures, i, per tant, cal que els diferents operadors coneguin i apliquin les mesures adequades.

Així doncs, si veiem interferències a la imatge radar, estarem davant d’un cas de contaminació electromagnètica. Un cas que derivarà en una sèrie d’actuacions per part de l’SMC que tinguin com a objectiu final la seva eliminació en compliment de la legislació vigent, el bon ús de les xarxes de telecomunicacions i l’interès general.

 

Podeu trobar més informació complementària a:

http://www.meteo.cat/wpweb/divulgacio/radar-meteorologic/com-sobtenen-les-imatges-radar/

http://static-m.meteo.cat/wordpressweb/wp-content/uploads/2014/11/18114749/XRAD.pdf

Sobreestimació de la precipitació per part del radar en casos de nevades a cotes baixes a la costa

Durant els passats dies 4 i 5 de febrer, durant la nevada que va afectar especialment la meitat sud i part de la depressió central del territori, es va donar un fenomen que és poc comú a Catalunya: la localització de la isoterma de zero graus (el nivell al qual la temperatura de l’aire es troba a 0 °C) a una altitud molt baixa, per sota dels 1000 m, i a prop de la costa.

Aquest fet va tenir una influència molt gran en l’estimació de la precipitació que es fa al Servei Meteorològic de Catalunya (SMC) a partir de les dades de la Xarxa de Radars (XRAD). En concret, es va produir una sobreestimació de la precipitació, mostrada molt clarament al producte que apareix a la pàgina web de l’SMC. Tot i que a vegades es pot donar aquest efecte, el fet que la zona on la sobreestimació fos principalment a la costa central (figura 1), de força extensió i durant algunes hores, combinat amb un episodi de gran repercussió mediàtica, va fer que el nombre d’observadors fos molt elevat. I la majoria es preguntaven el mateix: per què si el radar deia que estava caient un gran ruixat només queia precipitació feble?

 

figura01

Figura 1: el que veia l'estimació de pluja radar a la web el dia 5 de febrer a les 4:48 hora UTC

L’explicació és la següent: quan la precipitació al nivell que la detecta un radar (un o dos quilòmetres, depenent de la distància de la precipitació al sistema d’observació) és una barreja de precipitació líquida i sòlida (el més comú és tenir només un dels dos estats), es produeix l’efecte de la banda brillant. Aquest efecte fa que el senyal s’incrementi i els algorismes de correcció no poden detectar aquesta barreja d’estats. Per aquest motiu, les intensitats de precipitació que retorna el producte d’estimació es mostren amb valors més elevats (colors grocs i vermellosos) del que realment són.

Habitualment, la isoterma de zero graus es troba més amunt (tot i que alguns cops es pot trobar encara més baixa que durant el passat episodi) i aquest problema no es produeix en els casos de precipitació estratiforme (és a dir, associada a sistemes frontals i amb poc desenvolupament vertical), però en aquesta ocasió els algorismes detectaren un valor màxim al perfil vertical de reflectivitat a nivells baixos, que confongueren amb el comportament teòric de la pluja convectiva (associada a forts desenvolupaments verticals, propis d’episodis de tempestes). A la figura 2 es mostren els perfils verticals d’aquests tipus de precipitació.

figura02a figura02b
Figura 2: perfils teòrics de la banda brillant a pluja estratiforme, amb la isozero situada a un nivell de 3 km d'altura (esquerra) i de pluja convectiva (dreta). Font: Centre de Recerca Aplicada HIdro-Meteorològica

Llegir més…