Meteorologické radary se v posledních 75 letech staly velmi užitečnými pomocníky pro meteorology. Nejen, že běžný radar umí detekovat srážky a určit jejich intenzitu, ale dnešní moderní polarimetrické a Dopplerovské radary poskytují meteorologům rozšířenou informaci nejen o velikosti a struktuře srážkových částic, ale také o pohybu srážek ve vztahu k radaru.
Co je principem meření radiálních rychlostí z radaru?
Vlastně se jedná o to, že pozorovatel (radar) kouká na pohybující objekt. Tím, že se objekt pohybuje, dochází ke změně frekvence vlnění, resp. vlnové délky. Tedy pokud se odražeč (v našem případě dešťové kapky nebo ledové krystalky) přibližuje, vlnová délka přijatého signálu přijímačem radaru je menší než vlnová délka vyslaného signálu. Opačně to platí v případě, že se odražeč vzdaluje. Tedy vlnová délka je zde větší u přijatého signálu radarem než u vysílaného signálu. Tuto změnu jsme pak schopni zaznamenat a vyhodnotit jako změnu v rychlosti. V běžném životě se s Dopplerovým jevem setkáme, když okolo nás projíždí houkající sanitka – tady změnu frekvence zvuku slyšíme. O něco skrytější využití Dopplerova jevu je pak v dopravě. Pokud jste tak před pár dny zaplatili pokutu za rychlou jízdu v obci, vězte, že vás odhalil právě Dopplerovský radar. Na stejném proncipu jako meteorologické Dopplerovské radary totiž pracují i ty dopravní pro měření rychlosti vozidel.
Princip Dopplerova jevu. Zdroj: Bakalářská práce Michala Piňose, VUT v Brně.
Jak se vyznat v datech z Dopplerovského radaru?
Radar měří rychlost srážkových částic v horizontálním směru ve vztahu k radaru. Radar měří v rámci každé elevace, tedy úhlu, pod kterým vysíláme paprsek do atmosféry. Červená barva nám říká, že se srážkové částice vzhledem k radaru vzdalují, zelená barva pak značí oblasti, kde se srážky od radaru přibližují. Dopplerovská měření se používájí pro detekci oblastí s rotací, zejména u konvektivních bouří. Jsou-li v rámci bouřek viditelné výrazné změny v radiálních rychlostech v řádu několika kilometrů, můžeme pozorovat výraznou konvergenci (tedy sbíhavost) proudění nebo rotaci. Hlavním užitím Dopplerovských radarů je tak detekce mezocyklon, mezovortexů a v některých případech i tornád. Jak jsme již zmínili, radar sleduje srážky v určité elevaci, ke které je ale třeba započítat ještě zakřivení zemského povrchu. Nachází-li se radar dále od konvektivní bouře (např. 150-200 km), paprsek nejnižší elevace se nachází ve výšce několika km, a proto čím blíže bouře k radaru je, tím lépe jsme schopni rotaci v nižších hladinách vidět.
I takto může vypadat střih větru pohledem znašeho Dopplerovského radaru. Snímek zachycuje PPI v elevaci 10° dne 25. 3. 2023 v Brisbane. Blízko radaru foukal i dle sondáže do výšky 3 km východní vítr, zatímco ve výšce od 4 km převládalo západní až jihozápadní proudění.
Příklady situací, které naše radary naměřily
Jako první se podíváme na tzv. misocyklony, nebo též mezovortexy na squall line. Ty vznikají na čele výtoku chladného vzduchu po vyboulení části squall line do bow echa nebo při výskytu menších segmentů, které se dopředně zrychlují a na radaru se tak prohýbají kupředu. Takovým prohybům se říká Line Echo Wave Pattern (LEWP). Na příkladu níže však vidíme, že se tyto mezovortexy vyskytují přímo na squall line. Mezovortexy vznikají v důsledku sbíhavosti (konvergence) proudění. Pokud je konvergence výrazná vznikají víry s horizontální osou rotace. Pokud vír stoupá v rámci vzestupného proudu, dochází k jeho transformaci do podoby vetikální. Tyto víry mohou ale také nemusí být příčinou slabších tornád. Na ukázce vidíme slabší víry o průměru několika kilometrů v Brisbane v Austrálii.
Další příklad je situace z Česka (z našeho C-pásmového radaru na Loučné), kdy přes Německo postupovala rovněž squall line. Ve chvíli, když se rozpadala, na radaru jsme mohli vidět pásy výraznější radarové odrazivosti (Narrow cold-frontal rainbands – NCFRs). Mezi nimi jsme byli schopni detekovat slabou rotaci.
Dopplerovský radar se používá nejčastěji na detekci rotace v rámci mezocyklon supercel. Na snímcích níže vidíme supercelu z našeho C-pásmového radaru v Brisbane. Rotace je zde cyklonálního směru (nacházíme se na jižní polokouli) a supercela má charakteristické znaky, které mají i české supercely.
Na závěr si pojďme ukázat obyčejný shluk silnějších přeháněk v Brisbane. Vidíme, že přeháňky vykazují stejnoměrnou radiální rychlost v rámci celé oblasti. Na radarových datech nevidíme ani konvergenci proudění ani rotaci.
