O documento discute o uso de radares em meteorologia, destacando suas vantagens como observações volumétricas de ampla área sem deslocamento do instrumento. Também apresenta aplicações científicas como pesquisa atmosférica e operacionais como previsão do tempo e defesa civil.

1. Engenharia
EThICS Tecnologia, Inteligência
ENGINEERING Consultoria & Sistemas
EThICS 907.F03.00
METEOROLOGIA RADAR
- Usos e Aplicações de Radares -
Antonio Sallum Librelato
Diretor – EThICS Engineering
Maio - 2008
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2. EThICS ENGINEERING METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAIS
USOS E APLICAÇÕES DE RADARES
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Uso de Radares em Meteorologia: Vantagens
As vantagens que levam ao uso de radares meteorológicos
estão associadas principalmente aos seguintes fatores:
O radar meteorológico permite executar observações de fenômenos
atmosféricos de forma volumétrica, dentro de ampla área no entorno do
radar, sem que seja necessário o deslocamento do instrumento.
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. Tais
dados podem ficar disponíveis remotamente ao sensor, sendo
armazenáveis e processáveis a qualquer tempo.
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USOS E APLICAÇÕES DE RADARES
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Uso de Radares em Meteorologia: Vantagens
Continuação:
É possível a observação e o cálculo da distribuição espaço-temporal dos
campos tridimensionais de refletividade radar, velocidade e índice de
refração dos alvos.
As observações podem ser feitas tanto de dia quanto de noite, com
quaisquer níveis de visibilidade ou de cobertura de nuvens.
O período de renovação dos dados e das imagens é menor que o ciclo de
vida da maioria dos fenômenos de interesse.
É possível, graças à digitalização dos dados, difundi-los através de meios
de comunicação velozes, bem como sua memorização em meios
magnéticos e eletrônicos e o seu processamento e reprodução através de
computadores.
O uso de técnicas avançadas de processamento de dados e de imagens
permite a apresentação visual das informações segundo vários formatos,
contendo diferentes aspectos de interesse do usuário, na forma de
“produtos meteorológicos”.
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Uso de Radares em Meteorologia: Vantagens
Continuação:
Através de uma rede integrada de radares, é possível a análise e o
acompanhamento da distribuição e da movimentação de grandes
sistemas meteorológicos, permitindo melhor predição de suas
intensidades com maior antecipação.
Permite detectar precipitações que se formam em níveis elevados mas
que se evaporam nas camadas inferiores de ar seco.
Permite detectar e analisar ampla gama de estruturas meteorológicas,
tais como: turbulências, tornados, mesociclones, tempestades, células
convectivas e supercélulas, precipitações estratiformes, ondas de
gravidade, linhas de instabilidade, frentes e furacões.
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USOS E APLICAÇÕES DE RADARES
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Uso de Radares em Meteorologia: Desvantagens e Restrições
O uso de radares como instrumento de apoio à meteorologia
tem algumas desvantagens e restrições, sendo as principais:
Erros inerentes ao sistema.
Ambigüidade de algumas medidas.
Limites de resolução.
Custo dos equipamentos.
Influência da curvatura terrestre.
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.
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Principais Finalidades do Sistema Radar Doppler
Teledetecção radar ativa de alvos meteorológicos.
Exploração de ocorrência de precipitações e ventos.
Mapeamento da distribuição espaço-temporal e dinâmica dos ecos
detectados, caracterizados quanto a:
taxa de refletividade radar [Z]
velocidade (Doppler) radial média [V]
largura espectral de velocidade [W]
taxa de refletividade diferencial [ZDR]
taxa de despolarização linear [LDR]
fase diferencial de propagação [φDP]
rotação de fase diferencial específica [KDP]
coeficiente de correlação coerente co-polar [ρHV]
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Principais Finalidades do Sistema Radar Doppler
Exame de estruturas de tempestades.
Estimativas de taxas de precipitação de chuvas e nevascas.
Geração de produtos de radar meteorológico, em função dos
parâmetros de caracterização dos alvos e dos ecos.
Telecontrole e teleoperação do sistema, a partir de centros de
operação remota.
Distribuição de imagens radar aos usuários, através de rede de
comunicações e computacional.
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Algumas Aplicações de Radares Meteorológicos
Pesquisa e previsão meteorológicas.
Pesquisa climática.
Pesquisa e previsão hidrológicas.
Apoio às operações agrícolas.
Apoio à defesa civil.
Transportes terrestre, marítimo e aéreo.
Produção e distribuição de energia.
Logística de eventos esportivos, cívicos, artísticos, etc.
Logística da construção civil.
Logística da manutenção de infra-estruturas.
Modificação de precipitações.
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9. EThICS ENGINEERING METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAIS
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Aplicações Científicas
No âmbito das pesquisas científicas, o radar meteorológico
destina-se principalmente à aquisição de novos
conhecimentos sobre os fenômenos e as estruturas
atmosféricas.
Auxilia na concepção de modelos funcionais dessas
estruturas, permitindo a construção e o controle de modelos
numéricos (algoritmos) que levam à simulação de seus
comportamentos em sistemas computacionais, mediante a
aplicação dos conhecimentos da hidrodinâmica e da
microfísica da atmosfera.
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10. EThICS ENGINEERING METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAIS
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Aplicações Científicas
Pesquisa da atmosfera:
Estudos sobre os campos de ventos e de flutuações de índice de
refração.
Pesquisas sobre a microfísica da atmosfera.
Pesquisas sobre gênese e evolução de estruturas atmosféricas e de suas
relações com a meteorologia radar.
Acompanhamento das séries temporais dos fenômenos, com vistas à
pesquisa climatológica.
Pesquisas aplicadas ao controle da poluição ambiental em função das
condições meteorológicas.
Pesquisa de tecnologias de radares:
Estudos sobre novas tecnologias de radares meteorológicos para
ampliação da capacidade de medir e discernir os elementos
hidrometeorológicos.
Pesquisa de propagação de rádio-freqüências:
Pesquisa sobre os fenômenos associados à propagação de ondas
eletromagnéticas na atmosfera.
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11. EThICS ENGINEERING METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAIS
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Aplicações Operacionais em Meteorologia
No âmbito da meteorologia aplicada, os radares
meteorológicos são utilizados principalmente para a melhoria
da habilidade previsional, nos campos espacial, temporal e
fenomenológico, dentro das manifestações climáticas de
mesoescala.
O sistema radar permite o exercício da vigilância
meteorológica, destinada principalmente ao alerta avançado
sobre fenômenos meteorológicos de interesse, e a medição
quantitativa das precipitações, destinada às avaliações
pluviométricas.
Os principais fenômenos de interesse são:
as precipitações atmosféricas, tais como chuvas, granizo e neve, em
especial aquelas associadas ao tempo severo;
os ventos;
as turbulências de ar claro.
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Aplicações Operacionais em Meteorologia
Através do uso das imagens geradas pelo sistema radar, é
possível o acompanhamento dos fenômenos por ele
detectados e a elaboração de previsões de muito curto prazo
(“nowcasting”). Os dados gerados podem ser armazenados e
tratados para uso na elaboração de previsões de curto e
médio prazos (“forecasting”).
O sistema radar meteorológico pode integrar um sistema
mais amplo de previsões meteorológicas, complementando
as informações advindas de redes de estações de superfície,
estações de altitude e de imagens de satélites
meteorológicos. Dessa forma, permite a geração de cartas
sinóticas e cartas de previsão meteorológicas com melhor
índice de qualidade previsional.
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13. EThICS ENGINEERING METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAIS
USOS E APLICAÇÕES DE RADARES
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Aplicações Operacionais em Meteorologia
Além disso, o uso de uma rede de radares meteorológicos, de
forma integrada e coordenada, permite a construção de
mosaicos de dados abrangendo áreas de grandes dimensões
e previsões com alguns dias de antecipação.
As informações geradas pelo sistema radar são úteis para
diversos campos de atividades humanas, para a proteção de
vidas e de propriedades, tais como as dos exemplos a seguir.
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14. EThICS ENGINEERING METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAIS
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Aplicações Operacionais em Meteorologia
Previsão do Tempo:
Auxílio à elaboração de cartas sinóticas e cartas previsionais, à previsão
do tempo de curtíssimo prazo (“nowcasting”) e à divulgação pública
pelos meios de comunicação, inclusive para o tempo presente.
Defesa Civil:
Auxílio aos serviços de prevenção e assistência nas situações decorrentes
de alagamentos e inundações, permitindo alertas para equipes de
salvamento e auxílio, controle de tráfego urbano, no acompanhamento
de tempo severo e na previsão de curtíssimo prazo.
Planejamento Agrícola:
Auxílio, através da previsão do tempo a curtíssimo prazo, às ações de
preparação e tratamento do solo, semeadura e plantio, irrigação,
colheita, transporte de pessoal e de produtos e outras atividades afins
que dependem das condições climáticas para a sua execução segura e
econômica.
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15. EThICS ENGINEERING METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAIS
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Aplicações Operacionais em Meteorologia
Combate ao Granizo:
Detecção antecipada das formações geradoras de granizos e, associado a
um sistema de aspersão de sais, a precipitação forçada em forma de
chuva ou granizo de menor tamanho, protegendo assim uma área
determinada dos danos provocados pelo granizo.
Monitoração da Poluição do Ar:
Melhoria da confiabilidade das predições sobre a dispersão de poluentes
do ar e a avaliação do transporte dos poluentes na atmosfera.
Segurança do Tráfego Aéreo:
Orientação aos operadores de aeronaves e controladores de tráfego
aéreo quanto ao tempo presente e quanto às previsões de muito curto
prazo, para navegação em rota, aproximação, pouso e decolagem de
aeronaves.
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16. EThICS ENGINEERING METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAIS
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Aplicações Operacionais em Hidrologia
O radar meteorológico é um instrumento eficaz e econômico
para as medições de quantidades associadas aos
hidrometeoros e destinadas às ações de controle.
Com base nos valores de taxas de precipitação instantâneas
e elementares obtidos através do radar, é possível o cálculo
de precipitações acumuladas em áreas determinadas, tais
como em bacias hidrográficas, servindo tais dados como
entradas para modelos de vazão, destinados, entre outras, às
aplicações a seguir.
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17. EThICS ENGINEERING METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAIS
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Aplicações Operacionais em Hidrologia
Defesa Civil:
Auxílio às previsões de enchentes, alagamentos, inundações e
deslizamentos.
Controle de Recursos Hídricos:
Auxílio ao controle de níveis e de vazão de barragens e de reservatórios,
prevenção de inundações, erosão e poluição das águas e economia de
recursos para irrigação.
Semeadura Dinâmica de Nuvens:
Suporte nas avaliações hidro-meteorológicas nos programas de
semeadura dinâmica das nuvens, objetivando a precipitação forçada de
chuvas e de granizo ou o aumento da probabilidade de chuvas.
Previsão Hidrológica:
Auxílo à elaboração de sistemas de previsão de níveis de rios para uso na
captação de água, navegação fluvial, pesca e outros.
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18. EThICS ENGINEERING METEOROLOGIA RADAR – FUNDAMENTOS GERAIS
USOS E APLICAÇÕES DE RADARES
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Esforços Atuais em Pesquisa e Desenvolvimento
Projeto de hardware de novos radares.
Estudos de propagação e espalhamento de ondas
eletromagnéticas.
Processamento de sinais radar.
Desenvolvimento de algoritmos de análise de dados.
Pesquisa meteorológica.
Desenvolvimento de novas aplicações.
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