O Radar Meteorológico do Parque CienTec

Seguindo o calendário semanal que eu propus no post anterior, vamos destacar a fotografia meteorológica da semana: trata-se de uma sequência de imagens feitas em cima da torre do Radar Meteorológico do Parque CienTec-USP. Acompanhem:

Na imagem acima, é possível identificar o cercado da Estação Meteorológica do IAG-USP, o prédio que consiste na torre da Estação Meteorológica do IAG-USP, o Planetário do Parque CienTec-USP e outros prédios que compõe as instalações Parque CienTec-USP.  Além, claro, de parte da mata nativa do Parque Estadual das Fontes do Ipiranga (área de reserva ecológica que abrange o CienTec, o Zoológico de São Paulo, o Jardim Botânico e outras instalações.

O Vinícius (autor da foto) já publicou um interessante texto falando das atividades meteorológicas no Parque CienTec. Confira aqui.

A imagem acima também foi feita na torre do Radar Meteorológico, porém pegando a direção Norte. Uma pena que o céu estava encoberto no dia da foto, pois essa foto pega a direção Norte e é possível ver o contorno da Serra da Cantareira em dias de boa visibilidade.

O Radar Meteorológico do Parque CienTec

Aproveitando as belas imagens do Vinícius, vamos falar um pouco do Radar Meteorológico do Parque CienTec.

Esse radar foi inaugurado em 14 de junho de 2016. Trata-se de uma nova tecnologia de monitoramento de chuva em alta resolução: um novo radar meteorológico doppler banda X de dupla polarização.

Um equipamento desse tipo permite avanços significativos nos sistemas de alerta e previsão. Na RMSP, há muitas regiões sujeitas à enchentes e deslizamentos de terra e um sistema de alertas eficaz é importantíssimo. Falei sobre a importância do Radar Meteorológico para a previsão do tempo nesse post.

Com o novo radar, é possível monitorar a chuva com até 75 metros de resolução, a cada 1 minuto, com uma área de cobertura de 60 quilômetros, alcançando quase toda a cidade de São Paulo. Além disso, com essa resolução é possível identificar com mais precisão o local onde a chuva está se formando. São Paulo é uma cidade muito grande e na estação chuvosa (de setembro a março) é comum que as chuvas sejam esparsas, com um bairro apresentando muita chuva enquanto outro bairro mais distante não apresenta chuva.

As imagens do novo radar estarão disponíveis no site do “Projeto Chuva Online”. A aquisição desse equipamento foi possível graças a uma parceria entre a USP e o Governo da França. Leia mais informações nessa notícia.

Como funciona o Radar?

Vamos repetir uma trecho que mencionei antes:

Esse radar foi inaugurado em 14 de junho de 2016. Trata-se de uma nova tecnologia de monitoramento de chuva em alta resolução: um novo radar meteorológico doppler banda X de dupla polarização.

Bastante técnico, não? Por isso vamos separar. Em primeiro lugar, vou falar sobre o funcionamento de um radar meteorológico de um modo geral. Ele funciona baseado na análise da onda que foi emitida.

Em um radar meteorológico, as ondas eletromagnéticas são emitidas por uma antena. Conforme essas ondas atingem os objetos na atmosfera (no caso, nuvens), a energia dessa onda é espalhada para todas as direções. Parte da energia dessas ondas espalhadas retornam de volta para o radar, quando então podem ser analisadas.

Quanto maior o objeto, mais energia retorna para o radar, permitindo que o equipamento possa “ver” as gotículas das nuvens atmosféricas. O tempo que leva para o feixe de energia ser transmitido e retornado ao radar fornece a distância desse objeto com relação ao radar.

Agora vamos falar sobre radar meteorológico doppler. Radar Doppler é o nome de um equipamento que utiliza o Efeito Doppler com o objetivo de medir velocidade ou detectar objetos. Foi desenvolvido para uso militar e foi utilizado exclusivamente para esse fim até a Segunda Guerra Mundial.

O Radar Meteorológico Doppler, em vez de uma transmissão contínua de energia, emite rajadas extremamente curtas de ondas eletromagnéticas, chamadas pulsos. Em seguida, “escuta” os pulsos que são devolvidos para o radar. A imagem abaixo ilustra o funcionamento de um radar meteorológico doppler. Assim como na figura anterior, a bolinha representa uma gotícula de uma nuvem.

Pelo seu design, os sistemas de Radar Doppler podem fornecer informações sobre o movimento de alvos, bem como a sua posição. Medindo o deslocamento (ou alteração) na fase entre um pulso transmitido e um eco recebido, o movimento do alvo diretamente para ou longe do radar pode ser calculado, chamado velocidade radial. Um deslocamento de fase positivo implica um movimento em direção ao radar e uma mudança negativa sugere o movimento para longe do radar. É dessa maneira que o radar meteorológico detecta a formação e o movimento das nuvens de tempestade.

O efeito de mudança de fase é semelhante ao “deslocamento Doppler” observado com ondas sonoras. Com o “deslocamento Doppler”, o tom de som de um objeto que se move em direção a sua localização é maior devido à compressão (uma mudança na fase) das ondas sonoras. À medida que um objeto se afasta de sua localização, as ondas sonoras são esticadas, resultando em uma freqüência menor.

Para saber um pouco mais sobre o deslocamento Doppler em ondas sonoras, veja esse vídeo.

Os impulsos do Radar Meteorológico Doppler têm uma potência média transmitida de cerca de 450.000 watts. Em comparação, um forno microondas doméstico típico gerará cerca de 1.000 watts de energia. No entanto, cada pulso dura apenas cerca de 0,00000157 segundos (1,57×10-6), com um “período de audição” de 0,00099843 segundos (998,43×10-6). {Fonte: NOAA}

Portanto, o tempo total que o radar está realmente transmitindo (quando a duração de transmissão de todos os pulsos a cada hora são somados), o radar está “ligado” por pouco mais de 7 segundos por hora. Os restantes 59 minutos e 53 segundos são usados para “ouvir” os sinais devolvidos.

Agora vamos falar sobre radar meteorológico doppler banda X. Afinal de contas, o que é banda X?

Radares Meteorológicos Doppler podem ser divididos em algumas categorias dependendo do comprimento de onda emitido pelo radar. Cada comprimento de onda desses é chamado de banda. Os diferentes tipos de banda são L, S, C, X e K. Esses nomes remontam a Segunda Guerra Mundial. Para saber mais sobre cada banda, veja esse post.

Os radares de banda X operam num comprimento de onda de 2,5-4 cm e numa frequência de 8-12 GHz. Devido ao menor comprimento de onda, o radar de banda X é mais sensível e pode detectar partículas menores. Estes radares são utilizados para estudos sobre o desenvolvimento da nuvem, porque eles podem detectar gotículas de água e cristais de gelo muito pequenos. Os radares de banda X também atenuam muito facilmente, de modo que são usados ​​apenas para observações de tempo muito curtas. São utilizados em trabalhos de nowcasting, que é a previsão do tempo a curtíssimo prazo. É o que normalmente acontece aqui em São Paulo no verão, quando temos o desenvolvimento de tempestades intensas ao longo do dia, que podem trazer transtornos para a cidade. Frequentemente chove no final da tarde e o radar ajuda a verificar onde a tempestade está se formando, possibilitando alertar a população com maior precisão espacial.

Radares meteorológicos doppler banda X são relativamente pequenos e por isso é possível montar radares “portáteis”, como os tipicamente montados em caminhões e que os fãs de F1 já devem ter observado na área dos autódromos durante a corrida. Claro, saber se a chuva está chegando na área do autódromo permite que a equipe consiga decidir sobre qual tipo de pneu e de estratégia utilizar para conseguir um bom resultado.

Aviões também possuem radares que usam banda X.  De acordo com a NOAA, esta banda também é compartilhada com alguns radares de velocidade da polícia (para saber se os carros estão indo rápido demais) e até com alguns radares espaciais.

Agora vamos falar de radar meteorológico doppler banda X de dupla polarização. O que é essa dupla polarização?

A dupla polarização também é chamada de tecnologia dual-pol. Usando essa tecnologia, a imagem se torna bidimensional porque o radar envia ondas eletromagnéticas tanto horizontal quanto verticalmente. À medida que esses campos perpendiculares saltam de um objeto e são recebidos de volta ao radar, um programa de computador processa separadamente informações sobre a dimensão horizontal e vertical das partículas. Esta seção transversal agora fornece aos meteorologistas uma medida do tamanho e da forma do objeto.

Abaixo, um gif faz uma representação do funcionamento da tecnologia dual-pol:

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Espero conseguir ter falado um pouco mais sobre radares meteorológicos. Caso alguém tenha alguma dúvida ou correção, por favor, informe pelos comentários!

Obrigada!