D3 Radares meteorológicos

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Os radares meteorológicos são sistemas ativos de sensoriamento remoto: ao contrário de um satélite, que apenas recebe a radiação emitida ou refletida pela atmosfera, um radar meteorológico emite seus próprios pulsos de radiação de micro-ondas, com um comprimento de onda entre três e dez centímetros, e então mede a energia que esses pulsos refletem de volta após serem dispersos por hidrometeoros — gotas de chuva, cristais de gelo, granizo. A intensidade dessa energia retroespalhada é o que o radar meteorológico chama de refletividade, e quanto maior a refletividade medida pelo radar meteorológico em um ponto, maior, empiricamente, a taxa de precipitação nesse mesmo ponto.

Os radares meteorológicos não operam isoladamente, mas sim organizados em redes que cobrem regiões inteiras: uma rede com mais de 160 radares Doppler cobre todo o território dos Estados Unidos, e outra rede com cerca de 200 radares cobre uma parte igualmente grande da Europa, atualizando suas medições a cada cinco a dez minutos em ambos os casos.

Dentro dessa mesma família de radares meteorológicos, o radar Doppler adiciona uma capacidade extra: ele mede a mudança de frequência da onda retroespalhada em relação à frequência originalmente emitida pelo radar — o efeito Doppler — e, a partir dessa mudança de frequência, infere a velocidade radial dos hidrometeoros, ou seja, a velocidade com que se movem em direção ao radar ou se afastam dele ao longo da trajetória do feixe. Como os hidrometeoros são transportados pelo vento, essa velocidade radial permite, por extensão, inferir a direção do vento na trajetória do feixe. Um único radar Doppler, no entanto, detecta apenas a componente do vento que se move diretamente em sua direção ou se afasta dele, nunca o vento em sua totalidade. A reconstrução do vento horizontal tridimensional requer técnicas adicionais: a técnica Doppler dupla combina medições de dois radares observando a mesma região a partir de ângulos diferentes, e uma técnica alternativa combina medições de um único radar Doppler, obtidas em diferentes ângulos de varredura, para alcançar um resultado equivalente.

Dentro dessa mesma família de radares meteorológicos, os radares de dupla polarimetria superam uma limitação diferente da dos radares Doppler simples: em vez de emitir o pulso de micro-ondas em uma única orientação, eles o emitem tanto horizontal quanto verticalmente, comparando como o hidrometeoro responde a cada orientação. A partir dessa comparação, obtêm variáveis ​​adicionais que descrevem se o hidrometeoro é mais largo do que alto, quanto ele atrasa o sinal ao atravessá-lo e quão uniforme é sua forma. Com essas variáveis ​​adicionais, o radar de dupla polarimetria pode classificar o tipo de hidrometeoro — chuva, granizo, neve ou uma mistura dos mesmos — e, a partir dessa classificação, calcular uma taxa de precipitação mais precisa do que um radar convencional que mede apenas a refletividade. O radar de nuvens leva o princípio do radar meteorológico a frequências muito mais altas do que as de um radar de precipitação convencional, aproximando-se de 94 gigahertz. Essa frequência muito mais alta o torna sensível a partículas muito menores do que gotas de chuva ou granizo: as minúsculas gotículas que compõem as nuvens e os menores cristais de gelo, que um radar de precipitação convencional simplesmente não consegue detectar. Graças a essa sensibilidade adicional, o radar de nuvens revela a estrutura interna das nuvens que os radares de precipitação convencionais deixam invisível.

O resultado combinado de toda essa família de radares meteorológicos — desde o radar de refletividade convencional até o radar Doppler, os radares de dupla polarização e o radar de nuvens — é um conjunto de campos de refletividade tridimensionais que revelam a estrutura completa dos sistemas de precipitação: eles permitem a identificação da faixa brilhante, a camada onde a neve que cai derrete e se transforma em chuva, e produzem vetores de vento Doppler que descrevem como o ar se move dentro desses mesmos sistemas de precipitação. Assim, os radares meteorológicos convertem a energia que eles mesmos emitem e a energia que os hidrometeoros lhes devolvem em uma imagem tridimensional e constantemente atualizada de como está chovendo, nevando ou granizando em cada ponto do território que cobrem.

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