Área educativa - RADARES Meteorológicos

Insectos

A experiência de alguns anos consecutivos de observações com radares Doppler da banda C, no território continental português, tem evidenciado a possibilidade de deteção de insetos com este tipo de sistema. Com efeito, condições meteorológicas favoráveis mas, apesar de tudo, bastante frequentes nas áreas de cobertura de ambos os radares da rede, promovem a abundância de insetos, que se organizam junto à camada limite, CL (camada da baixa troposfera na qual o efeito do atrito da superfície não é desprezável), em geral abaixo dos 1500 m de altitude.

Esta capacidade de deteção, aparentemente inesperada para sistemas de radar da banda C destinados a fins puramente operacionais, deve-se à feliz conjugação de dois aspetos: uma potência de pico relativamente elevada, da ordem de 300 Kw e a integração de recetores digitais que conferem maior sensibilidade ao sistema, face aos sistemas com emissor/recetor convencionais.

Estes padrões de insetos são frequentemente observados em condições de céu pouco nublado ou limpo (com menor abundância durante o Inverno devido à temperatura do ar menos elevada e, por isso, menos favorável aos insetos), condições em que se verifica uma total ausência de matéria condensada que é, habitualmente, a mais frequente fonte de ecos com interesse para a exploração meteorológica (as nuvens).

A natureza dos ecos correspondentes a estes padrões não pode ser facilmente determinada por métodos diretos (por exemplo, estudos entomológicos do tipo trapping studies, em que é efetuada a colheita de amostras de plâncton aéreo, Russel & Wilson, 1997).

No entanto, alguns fatores sustentam a sua natureza:

1. os ecos encontram-se quase exclusivamente confinados à atmosfera sobre terra (Keenan et al. 1991, Russel 1994, Wilson et al 1994, Russel & Wilson 1996);
2. com fluxos estabelecidos do interior para o litoral (ventos do quadrante leste) são normalmente visíveis máximos relativos de refletividade exatamente sobre a linha de costa (Russel & Wilson 1998);
3. os ecos distribuem-se, verticalmente, na CL diurna (Keenan et al. 1991, Russel 1994, Wilson et al 1994, Russel & Wilson 1996);
4. os perfis verticais do vento horizontal obtidos com radar, atuando sobre a massa de ecos relacionada com o padrão referido, são normalmente concordantes com as observações e as análises dos modelos numéricos (concordância com Wilson et al., 1994).

Estes elementos parecem apontar para que se trate, maioritariamente, de pequenos insetos (Sauvageot H. e Despaux G., 1996), isto é, de insetos caracterizados por terem uma velocidade praticamente nula em relação ao ar ou tão reduzida que permita assumir que são passivamente transportados.

A hipótese de tais ecos serem parcialmente causados por dispersão à Bragg parece difícil de sustentar uma vez que, para comprimentos de onda (c.d.o.) típicos da banda C, se deveriam observar gradientes de temperatura e/ou humidade muito mais intensos do que os realmente ocorridos.

A alínea d. referida mostra a importância que os pequenos insetos assumem em meteorologia operacional, já que sendo traçadores passivos de movimentos horizontais, permitem obter informação fidedigna de padrões de vento horizontal em condições de deteção em ar limpo.

Um excelente exemplo da importância prática deste tipo de retro difusores em meteorologia pode ser encontrado na imagem abaixo.

As linhas de reflectividade visíveis sobre terra, a cor amarelo, correspondem à localização das frentes de brisa.

Doppler

Os modernos sistemas de radar, para além de medirem a amplitude (ou intensidade) dos sinais retro difundidos, processam igualmente a informação de fase, medindo a variação de frequência sofrida pelo sinal retro difundido face ao emitido, pelo facto de o alvo se encontrar em movimento em relação ao radar, entre dois impulsos sucessivos. Note-se que o valor desta variação de frequência, ou batimento Doppler, é de uma ordem de grandeza muito inferior ao valor da frequência de trabalho em que opera um sistema da banda C. Por exemplo, para um c.d.o. de 5,5 cm e uma velocidade Doppler de 10 ms-1, o batimento Doppler é de 364 Hz, sendo 6 ordens de grandeza inferior ao da frequência de trabalho, que é da ordem dos GHz.

A velocidade Doppler é, de facto, a projeção da velocidade real ao longo do feixe radar emitido pela antena. Para cada configuração de processamento de sinal imposta em cada sistema de radar, existe um valor máximo da velocidade Doppler que é possível medir, sem ambiguidade (conhecida como velocidade máxima não ambígua).

Uma vez que os sistemas detetam movimentos de retro difusores em aproximação ao radar e movimentos de afastamento, foi adotada uma convenção de sinal para os distinguir, sendo positivas componentes de movimento de afastamento do radar. A figura seguinte ilustra isto mesmo, para uma situação de vento de NW.

Fluxo de NW evidenciado por cores frias (valores de velocidade negativos) a verde, a NW
da estação e por cores quentes (valores de velocidade positivos), amarelo, a SE da mesma.

Dos diversos produtos derivados do processamento da velocidade Doppler, um dos mais populares e mais facilmente legíveis corresponde ao do perfil vertical do vento. Imagens Doppler pouco processadas são geralmente difíceis de interpretar, mesmo por especialistas.

Os sistemas de radar de polarização simples processam informação que se pode considerar organizada nos denominados 3 momentos do espectro Doppler.

O momento de ordem zero é proporcional à resultante da refletividade dos alvos presentes no volume de resolução; deste momento é possível obter os produtos baseados na refletividade.

O momento de ordem 1 é proporcional à resultante da componente radial da velocidade dos alvos presentes no volume de resolução; deste momento é possível obter todos os produtos baseados na velocidade Doppler.