Visão Sistêmica sobre o Uso de Radares e outros Sensores Meteorológicos

EThICS 907.024.01

EngenhariaTecnologia, InteligênciaConsultoria & Sistemas

EThICSENGINEERING

03/05/2023

Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 1

METEOROLOGIA RADAR- Noções sobre Radares Meteorológicos -

Antonio Sallum LibrelatoDiretor – EThICS Engineering

V. 01 - Fevereiro - 2013

EThICS 907.024.01

METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAISNOÇÕES SOBRE RADARES METEOROLÓGICOS

EThICS ENGINEERING

03/05/2023


O Que é Radar? Sigla:

RADAR = RAdio Detection And RangingDetecção e Medida de Distância, por Rádio

Princípio de Funcionamento: Emissão (transmissão) de sinais eletromagnéticos (rádio). Recepção de sinais (ecos) de objetos de interesse (alvos). Detecção, medição e visualização dentro de seu espaço de

cobertura. Motivações:

Verificar a existência ou não de objetos de interesse em uma região no entorno do radar.

Medir a que distância eles se encontram. Na verdade, serve para muito mais que isso, como, por

exemplo: Localização dos alvos em distância, elevação e azimute. Distribuição espaço-temporal dos alvos. Velocidade de deslocamento dos alvos. Natureza dos alvos.

CONCEITOS

EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

O Que é um Radar Meteorológico? Finalidade:

É um radar usado para o sensoriamento remoto de alvos meteorológicos, isto é, que terá os fenômenos atmosféricos como objetos principais de interesse.

Principais Fenômenos Meteorológicos de Interesse: Precipitações: Chuvas, Granizo, Neve. Ventos. Turbulências de Ar Claro.

Parâmetros de Medição: Refletividade radar, velocidade radial média e variância da

velocidade. Polarimetria radar dos alvos meteorológicos. Posicionamento espacial e variação temporal.

Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 303/05/2023

CONCEITOS

EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

Vantagens de Uso de Radares Meteorológicos Executar observações de forma volumétrica, dentro de

ampla área no entorno do radar, a qualquer hora do dia ou da noite, com quaisquer níveis de visibilidade ou de cobertura de nuvens.

O volume a ser sondado pode ser selecionado com grande precisão, agilidade e de forma objetiva.

As observações podem ser feitas com resolução e continuidade espaço-temporais satisfatórias para as numerosas aplicações, sem perturbação do meio no qual são feitas.

Os dados sobre cada elemento do volume abrangido ficam disponíveis imediatamente (em tempo “quase-real”), simultaneamente e concentrados num único ponto, de forma síncrona com as medições. Podem ser processados de forma digital.

O período de renovação dos dados e das imagens é menor que o ciclo de vida da maioria dos fenômenos de interesse.

Múltiplos radares podem ser integrados em rede.Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 403/05/2023

CONCEITOS

EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

Desvantagens e Restrições do Uso de Radares em Meteorologia

Erros inerentes ao sistema. Ambigüidade de algumas medidas. Limites de resolução. Custo dos equipamentos e da infraestrutura. Influência da curvatura terrestre. Efeitos inconvenientes da interação entre os sinais de

radiofrequência e a atmosfera, durante a sua propagação no meio ambiente.

Contaminação do sinal por ecos indesejáveis (“clutter”). Limitações do conhecimento ora disponível para a

interpretação dos dados e correlação dos mesmos com os fenômenos e estruturas que os originaram.


CONCEITOS

EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

Algumas Aplicações de Radares Meteorológicos Aplicações Operacionais em Meteorologia:

Boletins de Tempo Presente e de Previsão do Tempo. Defesa Civil. Planejamento Agrícola. Combate ao Granizo. Monitoração da Poluição do Ar. Segurança do Tráfego Aéreo.

Aplicações Operacionais em Hidrologia: Defesa Civil. Controle de Recursos Hídricos. Semeadura Dinâmica das Nuvens. Previsão Hidrológica.

Aplicações Científicas: Pesquisa da Atmosfera e Climatologia. Desenvolvimento de Modelos. Desenvolvimento de Tecnologias de Radares. Pesquisas sobre Propagação.


USOS E APLICAÇÕES

EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

Sistema Integrado de Sensoriamento, Análise, Previsão e Alerta

03/05/2023


SISTEMA DE SENSORIAMENTO REMOTO: COLETA, PRÉ-TRATAMENTO E CONTROLE

RADAR SATÉLITE PERFILADOR

MET SUPERF

HID SUPERF

SISTEMA DE PREVISÃO: INTEGRAÇÃO, MODELAMENTO, ANÁLISE E PREVISÃO

• Tratamento de Dados Básicos e Análise por Sensor e por Integração de Sensores • Visualização, Modelamento e Simulação

• Análise do Tempo Presente e Previsão a Curto e Médio Prazos (Tendências)

SISTEMA DE DIFUSÃO

• Tempo Presente e Previsões

• Alertas

SISTEMA DE AÇÃO

• Planos e Decisões• Alarmes

• Ações Táticas e Logísticas

BASES DE REFERÊNCIA

• Informações Geográficas, Geomorfológicas, Tipologia e

Ocupação do Solo, Hipsométricas e Clinográficas, etc

• Modelos• Critérios e Mapas de Riscos• Monitoração e Atualização

Avaliações e Melhorias

USOS E APLICAÇÕES

EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

Radar Meteorológico Pulsado Doppler

03/05/2023


PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO www.meted.ucar.edu©The COMET Program

http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=weather++radar+basics&source=images&cd=&cad=rja&docid=xUItVz9AkilEfM&tbnid=Iqg4ysCeo0h4tM:&ved=0CAQQjB0&url=http%3A%2F%2Fwww.meted.ucar.edu%2Ftropical%2Ftextbook_2nd_edition%2Fnavmenu.php%3Ftab%3D3%26page%3D1.2.1&ei=7mERUcLsIpKc8wTvg4DwAw&psig=AFQjCNF9U1TwF32eD0uoJhCW6wpWvBVW4g&ust=1360180047801222

EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

Radar Meteorológico Pulsado Doppler Na Transmissão:

São emitidos pulsos de energia de alta potência de pico (da ordem de centenas de kW) e em alta frequência (centenas de MHz) , de curta duração (microssegundos), em ciclos de repetição da ordem de milissegundos.

Tais pulsos se propagam na atmosfera como frentes de ondas, ao longo das direções de apontamento da antena do radar, na velocidade da luz.

Os alvos existentes na atmosfera são atingidos pelas frentes de propagação, absorvem parte dessa energia e retrodifundem parte da energia em todas as direções.

Na Recepção: No intervalo de tempo entre dois pulsos de transmissão, a

energia retrodifundida dos alvos e que retornam ao radar são recebidas e processadas como ecos desses alvos.

Os sinais resultantes dessa recepção são processados, de forma analógica e digital, gerando os dados sobre os ecos e os alvos.


PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO

EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

O Radar como Instrumento de Medida

03/05/2023


ecos distribuídos

eixo do tempo

nível do solo

direção de apontamento do radar, no instante t(azimute e elevação)

formação meteorológica(alvos distribuídos)

precipitação

volume de resolução do radardistância “R” entre a antena do radar e o

volume de resolução, no instante t

instante t

nível do sinal

recebido

R = c.t/2


EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

Exemplo de Imagens Geradas por Radar Meteorológico

03/05/2023


Rad

ar: I

AC

IT.

Apl

icat

ivo:

GA

MIC


EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

Bandas de Operação de Radares Meteorológicos

03/05/2023


TECNOLOGIAS

BANDAS DE OPERAÇÃO DE RADARES METEOROLÓGICOS

DESIGNAÇÃO FREQÜÊNCIA NOMINAL COMPRIMENTO DE ONDA NOMINAL

S 2,7 a 2,9 GHz 11,1 a 10,3 cm

C 5,1 a 5,65 GHz 5,9 a 5,3 cm

X 9,3 a 9,7 GHz 3,2 a 3,1 cm

Ku 13 a 14 GHz 2,3 a 2,1 cm

K 17 GHz 1,765 cm

Ka 35 GHz 0,857 cm

mm 94 GHz 3,19 mm

As bandas de frequências de operação alocadas para as aplicações de radares meteorológicos estão na tabela a seguir.

Mais usadas em operações hidrometeorológicas

EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

Rede de Estações de Radares Meteorológicos

03/05/2023


TECNOLOGIAS

WAN/LAN

CENTRO DE OPERAÇÃO

REMOTA

ERM #n

......

TRANSMISSOR

RECEPTOR

PROCESSADOR

CHAVE TX/RX SERVO-CONTROLE

COMPUTADOR

ERM #01ESTAÇÃO RADAR METEOROLÓGICO

ANTENA/POSICIONADOR

EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

Sistemas de Radares Meteorológicos Antena, Posicionador e Servo-Controle:

Parabólica: feixe de formato “cônico”, pequena abertura. Movimento e apontamento em elevação e em azimute. Varredura volumétrica.

Modulação dos sinais transmitidos: Pulsada: é a mais comum. Potência de pico e potência média.

Tipos de transmissores: Magnetron: oscilador, coerência de fase a cada pulso, na

recepção. Klystron: linear, coerente na transmissão. Estado sólido: linear, potências reduzidas.

Geração e processamento de sinais: Doppler: medida de velocidade e eliminação de ecos fixos. Mono polarização: sem distinção microfísica dos alvos. Dupla polarização: para distinguir as diferenças microfísicas dos

alvos. Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 1403/05/2023

TECNOLOGIAS

EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

Sistemas de Radares Meteorológicos


TECNOLOGIAS

SISTEMAS DE RADARES METEOROLÓGICOS BANDAS DE OPERAÇÃO

ELEMENTOS COMPARATIVOS S (~3 GHz) C (~5 GHz) X (~9 GHz)Potências de pico ~600 kW ~250 kW ~50 kWPolarização mono dupla duplaRaio de cobertura operacional Até 400 km Até 250 km Até 50 kmRaio de cobertura para medições Até 200 km Até 100 km Até 50 km

Efeitos de atenuação atmosférica ReduzidosAltas atenuações quando da

existência de formações intensas.

Atenuações elevadas quando da existência de

precipitações médias.

Aplicações mais frequentes

Vigilância e previsão meteorológica em grandes

áreas, para acompanhamento de

fenômenos de mesoescala. Adequado para redes multi-radares de cobertura ampla.

Vigilância e previsão meteorológica em áreas

regionais, para acompanhamento e

medição de fenômenos de mesoescala. Adequado para

medição e previsão hidrometeorológica em

bacias regionais.

Análise e medição de fenômenos de micro e

mesoescala. Adequado para medição e previsão

hidrometeorológica em microbacias e micro-regiões.

Sistemas transportáveis.

EThICS 907.024.01


EThICS ENGINEERING

Sistemas de Radares Meteorológicos Regime de operação:

Operação local. Operação remota. Contínua, automática e programada.

Arranjos de rede: Estação única. Rede de múltiplas estações, com controle, programação e

operação remotos. Multi-redes com radares de diferentes bandas e coberturas de

espaços diferenciados. Integração de dados de sensores de diferentes naturezas:

satélites, radares, perfiladores, pluviômetros, medidores de níveis e de vazão, e outros.

Integração com modelos computacionais. Difusão de dados, imagens, alertas e produtos específicos para

redes de centros de processamento e controle e de usuários.Propriedade Intelectual de EThICS Engineering 1603/05/2023

TECNOLOGIAS

EThICS 907.024.01

EngenhariaTecnologia, InteligênciaConsultoria & Sistemas

EThICSENGINEERING

17

ESTRATÉGIAORGANIZACIONA

L

ENGENHARIA & TECNOLOGIA

Antonio Sallum Librelato – Diretor(12) 3941 8277 – [email protected] – skype: a_sallum1

Perfil: http://www.linkedin.com/in/sallum

ConsultoriaAssessoria

Estudo, Análise e Diagnóstico

PlanejamentoPesquisa &

DesenvolvimentoImplementação

TreinamentoMentoreação

SERVIÇOS

ÁREAS DE ATUAÇÃO

Technology

Visão Sistêmica sobre o Uso de Radares e outros Sensores Meteorológicos