Kees Floor, Zenit februari 2005
Beelden van de weerradar laten zien waar het regent en waar het droog is. Dat zou je in eerste instantie althans verwachten. Toch tonen radarbeelden soms rariteiten die niets van doen hebben met regen, sneeuw of hagel. Nu eens gaat het om verschijnselen in de atmosfeer, dan weer zijn storingen in de apparatuur de oorzaak.
Een radar zendt radiogolven uit met een golflengte van enkele centimeters tot enkele meters. Signalen die een voorwerp op afstand treffen, worden teruggekaatst en opgevangen door een ontvanger. Het voorwerp, bijvoorbeeld een vliegtuig, bevindt zich in de richting waarin de radiogolven zijn uitgezonden en waaruit ze worden terugontvangen. De afstand kan worden berekend uit het tijdverschil tussen het uitzenden van het signaal en het weer terugontvangen daarvan. In 1938 werden voor het eerst op deze manier vliegtuigen waargenomen en gevolgd. Tijdens de Tweede Wereldoorlog werd het principe verder uitontwikkeld en radar raakte meer en meer in gebruik. Daarbij bleek dat niet alleen schepen en vliegtuigen op het radarscherm verschenen; ook neerslaggebieden waren zichtbaar. Dat bood nieuwe gebruiksmogelijkheden, die na de oorlog door meteorologische diensten met beide handen werden aangegrepen.
Werking radar voor
het volgen van vliegtuigen (Klik op de figuur voor een vergroting vergroting).
| Werking
buienradar. Verklaring: zie tekst. |
Vandaag de dag worden dan ook grote delen van Europa en Noord-Amerika bestreken
door weerradars. De gegevens zijn handig om te zien waar het regent, hoe hard
het regent, hoeveel er in het totaal valt, hoe de regen zich verplaatst en of
de regen valt uit buien of uit grootschalige neerslaggebieden. Bij buien en
buienclusters volgt de radar tevens de ontwikkeling en meet hij de hoogte van
de wolkentoppen; ook kan uit radarinformatie afgeleid worden of er hagel voorkomt.
Als de buien vergezeld gaan van zware windstoten, gebruikt de meteoroloog de
radarbeelden om te voorspellen waar de windstoten op welk tijdstip zullen aankomen.
Radarbeelden helpen ook bij het vinden van gebieden in de atmosfeer waar piloten
ernstig rekening moeten houden met ijsaanzetting aan hun vliegtuig.
Om beelden zoals hier afgebeeld, te maken, plaatst men de weerradar bij voorkeur
op een hoog punt, zoals op een heuvel of op een toren (figuur 1). De radiogolven
met een golflengte van ruim 5 cm. worden uitgezonden in een smalle, vrijwel
horizontale bundel, die langzaam ronddraait. Dat gebeurt in kortstondige pulsen
van 2 ms.
Weerradarlocaties in Europa. |
|
2b. De radar scant de hemel af (links in bovenaanzicht). Dat gebeurt bijverschillende elevaties (rechts in zijaanzicht). Klik op de afbeelding voor een vergroting. |
|
Cirkelvormen
Tussen uitzenden en terugontvangen van het radarsignaal verstrijkt een korte tijd,
die wordt bepaald door de afstand van het neerslaggebied tot de radar. Zo kan
men in alle richtingen de plaats van eventuele neerslaggebieden bepalen. De resultaten
worden geplot op een ondergrond met een kaart. Het proces wordt een aantal malen
herhaald met een steeds een iets grotere elevatie (hoek tussen de bundel en een
horizontaal vlak); op die manier komt ook neerslag in de buurt van de radarpost
in beeld (zie figuur 2). Elke scan levert de neerslaginformatie voor een ringvormig
gebied rond de radar. Dat is duidelijk te zien als er een storing optreedt tijdens
een van de scans, zoals in de situaties van figuur 3. Bij figuur 3a is er een
probleem met een hogere scan dan in de figuren 3b en 3c. Omdat de ringvormige
gebieden de positie van de radar als middelpunt hebben, kunnen we concluderen
dat de storing zich in de gevallen van de figuren 3a en 3b voordoet in De Bilt.
De andere radarlocatie in Nederland is Den Helder, waar de storing van figuur
3c zich voordeed.
Het rode, ringvormige patroon met sterke reflecties in
figuur 3d heeft niets te maken met een storing; het wordt veroorzaakt door een
smeltzone. Smeltende sneeuw reflecteert radarstraling namelijk beter dan 'gewone'
waterdruppels of droge sneeuw. De doorsnede van de kegelvormige radarscan met
de horizontale laag waarin de sneeuw smelt, levert de cirkelvorm.
Blinde vlekken
Het bereik van de radar wordt beperkt door de kromming van de aarde. Naarmate
de afstand tot de radarpost groter is, komt de bundel hoger boven het aardoppervlak
te liggen. Een andere factor die het bereik beïnvloedt, is de mate van verzwakking
van het signaal door de atmosfeer en daarin voorkomende neerslag. Soms is die
begrenzing vrij abrupt, zoals in het geval van figuur 4a. Het lijkt of de regen
boven Noord-Frankrijk ophoudt, maar op latere radarbeelden (niet afgebeeld) blijkt
de grens niet te veranderen. In de linkeronderhoek ligt als het ware een blinde
vlek. Overigens zijn de radargegevens op een dergelijke afstand van de zender
en ontvanger altijd minder nauwkeurig en minder betrouwbaar dan dichterbij.
In incidentele gevallen is de verzwakking van het radarsignaal al veel dichter
bij de radar zo effectief dat daarachter niet meer kan worden waargenomen of er
sprake is van regen. Dat was bijvoorbeeld het geval tijdens de passage van een
buienlijn op 7 juni 1997. Het overtrekken van de buien werd in beeld gebracht
door de radar van Den Helder; de radar van De Bilt was op dat moment buiten bedrijf.
Op de Noord-Hollandse kust bevond zich even boven het Noordzeekanaal een actieve
bui waaruit veel regen viel. Uit de zwarte kleur van deze 'pit' is af te leiden
dat de neerslagintensiteit er meer dan 30 mm/uur bedraagt. De neerslag schermt
het gebied erachter volledig af; alleen in combinatie met voorgaande en volgende
beelden is te bepalen dat het in de witte, blinde strook boven Zuid-Holland eveneens
regende.
De afscherming van het 'achterland' kan ook veroorzaakt worden door
gebouwen. Zo werd in 1994 niet ver van het KNMI een hoog kantoorgebouw geplaatst
van de AMEV (nu Fortis), dat zich in het door de radar afgetaste gebied bevond.
Tegenwoordig wordt er voor deze verstoring van het radaruitzicht gecorrigeerd
en heeft de gebruiker van radarbeelden nauwelijks nog hinder van het gebouw. In
de begintijd was dat nog niet het geval: het gebouw liet dan een blinde strook
achter in de regengebieden voor de Zeeuwse kust (figuur 4c).
4. Blinde vlekken op radarbeelden. a.) De cirkelvormige begrenzing van het neerslaggebied is schijn; daarachter zit meer neerslag, die echter niet meer kan worden waargenomen. 5 juni 2000, 7.45 UT. b.) De droge zone boven Zuid-Holland, vanuit radarpositie Den Helder bezien achter de donkere 'pit' met hoge neerslagintensiteit, is schijn en niet zichtbaar op eerdere en latere beelden. De zware bui schermt het achterliggende gebied af tegen de radarstraling en maakt de daar aanwezige neerslag onzichtbaar. c.) Een gedeelte van een regenzone voor de Zeeuwse kust, is onzichtbaar voor de radar door een hoog kantoorgebouw in de omgeving van de Bilt. 2 juni 1994, 8.30 UT. Bron: KNMI, De Bilt. Klik op de figuren voor een animatie of vergroting indien aanwezig.
Confetti
Radarbeelden tonen geregeld een rommelig reflectiepatroon,
waarbij het lijkt of er confetti over het beeld is uitgestrooid. Figuur 5a geeft
een voorbeeld van dergelijke zogeheten 'clutter' boven de Noordzee en boven land
ten noorden van de grote rivieren; tegelijkertijd nadert vanuit het zuiden een
buienzone, die om op het tijdstip waarop het radarbeeld betrekking heeft, boven
Zeeland, Noord-Brabant en Limburg ligt. Boven land is de clutter door het programma
dat de nabewerking van de radarbeelden verzorgt, gemakkelijker te verwijderen
dan boven zee, zoals bijvoorbeeld is te zien op figuur 5b. Het satellietbeeld
van figuur 5c is van hetzelfde tijdstip als figuur 5b en bevat geen bewolking,
laat staan neerslag, in het gebied met 'sea clutter'.
In een enkel geval,
zoals bij figuur 5 d), mislukt de verwijdering van de grondclutter. Op voorgaande
en volgende beelden (niet afgebeeld) is vrijwel geen clutter te zien; het getoonde
beeld zit er vol mee.
De clutter ontstaat als de radarstralen zo door de atmosfeer
worden afgebogen, dat ze weer op het aardoppervlak terecht komen. Onder die omstandigheden
kunnen zeegolven of objecten op het aardoppervlak reflecties veroorzaken, die
weer door de ontvangstapparatuur van de radar worden waargenomen. Dit effect,
ook bekend als 'abnormale propagatie' of kortweg 'anaprop', treedt bijvoorbeeld
op als er een temperatuurinversie aanwezig is. Een spectaculair geval van anaprop
deed zich voor in de situatievan figuur 5d. De radar waarvan dit beeld afkomstig
is, staat in Wideumont op het plateau van Recogne in de Ardennen. Ook al schijnt
de zon in België volop, toch zijn er grote zones met radarreflecties.
c. |
f. |
Overige effecten
In sommige situaties toont de radar andere
(schijnbare) reflecties, die eveneens niet voor neerslag aangezien mogen worden.
Dat is bijvoorbeeld het geval als de zon of een andere radarbron precies in de
ontvanger schijnt. In dat geval toont het radarbeeld een bundel die zijn oorsprong
lijkt te hebben in het radarstation en gelijkmatig uitwaaiert in de richting van
de bron van het stoorsignaal (figuur 6a).
Verder kunnen zwermen vogels of
insecten nu en dan op radarbeelden worden gezien en gevolgd. Soms zijn ook stofdeeltjes
of luchtwervels in het geding. Dergelijke verschijnselen doen zich meestal voor
op warme zomerdagen in de onderste 1000-2000m van de dampkring.
Tijdens militaire
oefeningen wordt soms 'antiradarsneeuw' (chaff) in de atmosfeer gedropt. Meestal
gaat het om kleine staniolstroken, die geordend zijn in smalle, sterk reflecterende
banden. Ze worden door de wind worden meegevoerd en kunnen geruime tijd gevolgd
worden. Voorbeelden van antiradarsneeuw geven de figuren 6b en 6c.
6. Radarbeelden met storingsbron, 15 juni 2004 (a.) en antiradarsneeuw (chaff) b.) boven Noord-Nederland, 8 juni 2000, 13.15 UT. c.) Boven Vlaanderen en het aangrenzend gedeelte van de Noordzee, 27 mei 2004, 13.00 UT. Bron: KNMI, De Bilt. Klik op de figuren voor een animatie of vergroting indien aanwezig.